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天然氣生產(chǎn)氦氣的主要方法

高純氦氣

♦ 擴散法利用氦氣所具有的高的熱擴散性能，可將天然氣中的氦氣濃縮提取出來。所用的擴散元件通
常為石英玻璃毛細(xì)管，管壁厚度為0.025～0.127 mm，內(nèi)徑與壁厚之比為3～7，操作溫度在400～500℃，
操作壓力按具體操作條件可以在幾十兆帕到數(shù)百兆帕范圍內(nèi)選用。經(jīng)石英玻璃毛細(xì)管擴散提取的氦氣純度
相當(dāng)高，但因所采用的石英玻璃毛細(xì)管極細(xì)，制作不便，操作時又需要在高溫和相當(dāng)高的壓差下進(jìn)行，因
此用擴散法規(guī)�；岷ど写嬖谠S多限制。

♦ 膜滲透法隨著膜材料的發(fā)展，膜滲透法提氦展現(xiàn)出越來越好的應(yīng)用前景。各種氣體對膜具有一定的
滲透性能，且各種氣體的滲透性能各不相同，因而可以利用滲透法將天然氣中的氦氣提取出來。工業(yè)上應(yīng)
用的滲透膜應(yīng)具有：滲透常數(shù)大，以保證產(chǎn)量并減少所需的膜面積；分離因子大，使流程簡化；化學(xué)、機
械和熱的穩(wěn)定性好，以保持長期的使用性能。膜材對天然氣各組分滲透的選擇性可用分離因子口來表示。

♦ 吸附法這種方法是根據(jù)天然氣中各組分在固體吸附劑表面上吸附能力的差異而將其中的氦氣分離出
來。限于吸附劑的吸附容量，吸附法一般適用于雜質(zhì)含量小于10的粗氦精制中。近年來發(fā)展起來的變壓吸
附(PSA)即屬于此類改進(jìn)型。

♦ 吸收法選用適當(dāng)?shù)奈杖軇�，在一定的條件下可將沸點比氦氣高的天然氣中的其余組分洗滌吸收除
去而提取氦氣。所用的吸收溶劑如液態(tài)氟烴、液態(tài)烷烴等。

♦ 低溫冷凝法本方法是目前各國從天然氣中提取氦氣廣泛采用的方法。通常由氣源預(yù)處理凈化、粗氦
提取及氦氣精制等工序構(gòu)成。

1、含氦天然氣預(yù)處理凈化

含氦氣源中的H2S、CO、水分，甚至汞等雜質(zhì)在進(jìn)入低溫裝置前須凈化處理，以免在低溫下使管道、
閥門和設(shè)備產(chǎn)生堵塞、腐蝕和惡化工藝條件。常用的酸氣脫除方法有：醇胺法、熱鉀堿法、砜胺法。提
氦工藝對天然氣中H2S、CO殘留量要求是：H2S≤4 ppm[1 ppm—M／22.4(mg／m)，M 為分子量，下同，
CO≤ 100 ppm。鑒于提氦效益考量，應(yīng)優(yōu)選有利于降低提氦成本的脫除方法。脫水工藝方法：天然氣提氦
一般選擇分子篩來精脫水，脫水深度要求小于1 ppm，同時進(jìn)一步吸附脫除殘余酸性氣體。脫汞工藝方法：
HgSIV脫汞分子篩可以再生并循環(huán)使用，但設(shè)備和控制復(fù)雜；而浸硫活性炭不能循環(huán)使用，需定期更換，
但設(shè)備和操作簡單。

2、粗氦提取

天然氣經(jīng)二次冷凝后制得氦含量為60 ～70的粗氦，冷凝所需冷量由常壓液甲烷、常壓液氮或負(fù)壓液甲
烷供給。一次冷凝要求無乙烷以上的餾分，二次冷凝要求甲烷含量小于1 。同時釜液液烴中的氦含量要小于
10ppm，以提高氦氣回收率。

3、氦氣精制

天然氣中較難液化的氫隨著氦氣的提濃被濃縮在粗氦中，需要在精制前將其除去。工業(yè)上一般采用催化
氧化脫氫法，儲氫合金等脫氫工藝也在發(fā)展中。小于10 ppm 的殘留氫在其后的高壓冷凝吸附過程中與氮、
少量的甲烷等其他雜質(zhì)同時除去。冷源一般由常壓液氮提供，可制得純度99.99 以上的高純氦氣。其他精制
法如洗滌吸收法，甲烷、丙烷等天然氣組分均可作為吸收劑。

高純氦氣是國防軍工和高科技產(chǎn)業(yè)不可或缺的稀有氣體，目前只能從含氦天然氣中提取。我國氦氣資源
不僅數(shù)量貧乏，而且含量低，單純采用深冷法開采氦氣的成本高。但隨著膜分離技術(shù)，聯(lián)產(chǎn)法、聯(lián)合法等提
氦新工藝和LNG等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為從天燃?xì)庵薪?jīng)濟地提取氦氣提供了新的方法。因此，在保護(hù)有限氦氣
資源的同時加強對提氦技術(shù)和氦氣資源的開發(fā)利用，推進(jìn)提氦新技術(shù)的實驗研究和提氦新工藝的推廣應(yīng)用，
對于保障國家用氦安全、促進(jìn)提氦技術(shù)的發(fā)燕尾服和提高經(jīng)濟效益具有重要意義。