利用天然氣生產(chǎn)氦氣的主要方法

♦   擴(kuò)散法利用氦氣的高熱擴(kuò)散性能，可以從天然氣中濃縮和提取氦氣。所使用的擴(kuò)散元件通常是石

英玻璃毛細(xì)管，其壁厚為0.025-0.127mm，內(nèi)徑與壁厚之比為3-7，操作溫度為400-500℃，根據(jù)具

體操作條件，操作壓力范圍為數(shù)萬至數(shù)百兆帕。通過石英玻璃毛細(xì)管擴(kuò)散提取的氦氣純度相當(dāng)高，

但由于使用的石英玻璃毛細(xì)管非常精細(xì)，其生產(chǎn)不方便，并且必須在高溫高壓差下進(jìn)行操作。因此，

使用擴(kuò)散規(guī)則來模擬氦氣提取仍有許多局限性。

♦   隨著膜材料的發(fā)展，膜滲透法在氦氣提取中的應(yīng)用越來越有前景。不同的氣體對(duì)膜具有一定的滲

透性，并且每種氣體的滲透性不同，因此可以使用滲透法從天然氣中提取氦氣。工業(yè)上使用的滲透

膜必須具有：高滲透常數(shù)，以確保生產(chǎn)并減少所需的膜范圍；大的分離系數(shù)簡(jiǎn)化了工藝良好的化學(xué)

、機(jī)械和熱穩(wěn)定性，可保持長(zhǎng)期性能。膜材料對(duì)天然氣組分滲透的選擇性可以用分離因子的口來表

示。

♦    吸附方法是基于天然氣的每種成分在用于分離氦氣的固體吸附劑表面上的吸附能力的差異。由于

吸附劑的吸附能力有限，吸附法一般適用于雜質(zhì)含量小于10的粗氦精煉。近年來發(fā)展起來的壓力翼

吸附（PSA）就是這種改進(jìn)型。

♦   吸收法選擇合適的吸收溶劑，在某些情況下，沸點(diǎn)高于氦氣的天然氣的剩余成分可以被洗滌和吸

收以提取氦氣。所使用的吸收溶劑包括液體氟碳化合物、液體烷烴等。

♦   低溫冷凝法目前在各國(guó)廣泛應(yīng)用于從天然氣中提取氦氣。它通常包括氣源的預(yù)處理和凈化、原料

氦氣提取和氦氣精煉等過程。

1.含氦天然氣的預(yù)處理和凈化
來自含氦氣源的污染物，如H2S、CO、濕度甚至汞，在進(jìn)入低溫裝置之前必須進(jìn)行清潔，以防止管

道、閥門和設(shè)備在低溫下的工藝條件發(fā)生堵塞、腐蝕和惡化。去除酸性氣體常用的方法有醇胺法、

熱鉀堿法和磺酰胺法。H2S氦氣提取工藝CO殘留物要求為：H2S≤4 ppm[1ppm M/22,4（mg/M）M

是分子量，在CO≤100 ppm以下相同?？紤]到氦氣提取的好處，選擇有助于降低氦氣提取成本的去

除方法是合適的。干燥工藝方法：天然氣提氦提純脫水通常選用分子篩，干燥深度應(yīng)小于1ppm。同

時(shí)，剩余的酸性氣體被吸附并進(jìn)一步去除。除汞方法：HgSIV除汞分子庫可以再生再利用，但設(shè)備和

監(jiān)測(cè)復(fù)雜；然而，硫飽和活性炭無法回收，需要定期更換，但設(shè)備和操作簡(jiǎn)單。
2.原油提取
天然氣二次冷凝后，產(chǎn)生氦氣含量為60-70的粗氦氣。冷凝所需的冷卻能力由大氣中的液態(tài)甲烷、大

氣中的液氮或液態(tài)甲烷的負(fù)壓獲得。一次冷凝不需要大于乙烷的餾分，二次冷凝需要小于1的甲烷濃

度。同時(shí)，鍋爐的液態(tài)烴氦氣含量應(yīng)小于10ppm，以提高氦氣回收率。
3.氦的加工
天然氣中難以流動(dòng)的氫氣已與粗氦氣中的氦氣含量一起濃縮，必須在處理前去除。催化氧化脫水在工

業(yè)中廣泛應(yīng)用，液化工藝如儲(chǔ)氫混合物也在開發(fā)中。在高壓冷凝吸附過程中，小于10ppm的殘余氫與

其他雜質(zhì)（如氮?dú)夂蜕倭考淄椋┩瑫r(shí)被去除。冷源通常是大氣中的液氮，它可以產(chǎn)生純度大于99.99的

氦氣。其他精煉方法如洗滌和吸收以及天然氣成分如甲烷和丙烷也可用作吸收劑。
純氦是國(guó)防和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可或缺的寶貴氣體。中國(guó)的氦氣資源不僅數(shù)量有限，而且有限，僅使用深

度冷卻提取氦氣成本高昂。然而，隨著膜分離技術(shù)、熱電聯(lián)產(chǎn)等新的氦氣提取工藝以及液化天然氣等

相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，提供了從天然氣中經(jīng)濟(jì)提取氦氣的新方法。因此，保護(hù)有限的氦氣資源，加強(qiáng)氦氣

開采技術(shù)和氦氣資源的開發(fā)利用，推進(jìn)氦氣開采新技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，推廣應(yīng)用氦氣開采新工藝，對(duì)于

確保國(guó)家氦氣使用安全至關(guān)重要，促進(jìn)了Tailcat的發(fā)展，提高了氦氣開采技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。