天然气生产氦气的主要方法

扩散法利用氦的高热扩散率，可以从天然气中浓缩和提取氦。使用的扩散元件通常是石英玻璃毛细管，壁厚为0.025～0.127mm，内径与壁厚之比为3～7，工作温度为400～500℃，工作压力为几十MPa～几百MPa，具体取决于具体的工作条件。通过石英玻璃毛细管扩散提取的氦的纯度相当高，但由于所使用的石英玻璃毛细管非常薄，制造不便，并且必须在高温和相当高的压差下进行操作，因此，用扩散定律模拟氦提取仍然存在许多局限性。

随着膜材料的发展，膜渗透提取氦气显示出越来越好的应用前景。不同的气体对膜有一定的渗透性，不同气体的渗透性不同。因此，天然气中的氦可以通过渗透作用获得。工业中使用的渗透膜必须具有以下特性：大的渗透常数以确保性能并减少所需的膜面积；大的分离因子简化了过程；良好的化学、机械和热稳定性，可保持长期性能。膜材料对天然气组分渗透的选择性可通过分离因子端口表示。

 吸附法该方法包括根据固体吸附剂表面各组分吸附能力的差异，从天然气中分离氦气。由于吸附剂的吸附能力有限，吸附工艺通常适用于杂质含量小于10的粗氦的精炼。

 吸收方法选择合适的吸收溶剂。在某些条件下，沸点高于氦气的天然气中的剩余成分可以被清洗、吸收和去除，以提取氦气。使用的吸收性溶剂，如液体氟碳化合物、液体石蜡等。

低温冷凝法这种方法在各国广泛用于从天然气中提取氦气。它通常包括气源预处理和净化、粗氦提取、氦精炼等过程。

1.含氦天然气的预处理和净化

在进入低温装置之前，必须清洁含氦气源中的H2S、CO、水甚至汞等污染物，以避免管道、阀门和设备在低温下的堵塞、腐蚀和工艺条件恶化。一般的酸性气体去除方法包括醇胺法、热钾法和磺胺法。氦提取工艺对H2S的影响CO残留物的要求为：H2S≤4 ppm[1 ppm.M／22.4（mg／M），M为分子量，向下相同，CO≤100 ppm。鉴于氦提取的好处，应优化有助于降低氦提取成本的提取方法。脱水方法：从天然气中提炼和脱水氦气一般选择分子筛，脱水深度必须小于1 ppm。同时，残余酸性气体被进一步吸附和去除。除汞工艺：HgSIV除汞分子筛可以再生和再循环，但设备和控制复杂；含硫活性炭不能回收，需要定期更换，但设备和操作简单。

2.提取粗氦

天然气经二次冷凝后产生氦含量为60-70的原始氦。冷凝所需的冷却能力由常压液态甲烷、常压液态氮或真空液态甲烷提供。一次冷凝不需要通过乙烷馏分，二次冷凝要求甲烷含量小于1。同时，锅炉液体液态烃中的氦气含量应小于10ppm，以提高氦气回收率。

3.氦精炼

天然气中难以液化的氢气浓缩在粗氦气中，氦气的浓度必须在精炼前去除。一般来说，工业上采用催化氧化脱水，而储氢合金等脱水工艺也在发展中。在随后的高压冷凝吸附过程中，低于10ppm的残余氢与氮气、少量甲烷和其他杂质一起被去除。冷源通常由大气液氮供应，可生产纯度超过99.99的高纯度氦。其他精炼方法，如洗涤吸收法、甲烷、丙烷和其他天然气组分可以用作吸收剂。

高纯度氦是国防和高科技工业中不可或缺的稀有气体，目前只能从含氦天然气中提取。中国的氦资源不仅数量有限，而且含量也有限。仅通过低温方法提取氦是昂贵的。然而，随着膜分离技术、新的氦提取工艺（如联合生产和联合工艺）以及液化天然气和其他相关行业的发展，正在提供从天然气中经济提取氦的新方法。因此，在保护有限的氦资源方面，加强氦提取技术和氦资源的开发和利用，促进氦提取新技术的实验研究和氦提取新工艺的推广应用，确保国家氦利用的安全，促进燕尾服的发展，提高氦提取技术的经济效益。

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