氦氣的制備

工業(yè)上制法是將天然氣反復(fù)進(jìn)行液化；精餾，并用活性炭吸附除去氦以外的其他雜質(zhì)氣體進(jìn)行

精制；此外，焙燒含氦的鈾礦石，分離氣體，利用化學(xué)方法除去水蒸氣、氫、二氧化碳等，可

得到純氦。

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分離出來(lái)。

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(lái)發(fā)展起來(lái)

的變壓吸附(PSA)即屬于此類(lèi)改進(jìn)型。

選用適當(dāng)?shù)奈杖軇?，在一定的條件下可將沸點(diǎn)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。圖1為從含氦天然氣中提取氦氣的一

種吸收法流程簡(jiǎn)圖。該法一般適用于氦氣含量較高的場(chǎng)合，并且通常與PSA一起使用.

利用氦氣所具有的高的熱擴(kuò)散性能，可將天然氣中的氦氣濃縮提取出來(lái)。所用的擴(kuò)散元件通常

為石英玻璃毛細(xì)管，管壁厚度為0.025～0.127mm，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(kuò)

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(shí)又需要在高

溫和相當(dāng)高的壓差下進(jìn)行，因此用擴(kuò)散法規(guī)?；岷ど写嬖谠S多限制。

隨著膜材料的發(fā)展，膜滲透法提氦展現(xiàn)出越來(lái)越好的應(yīng)用前景。各種氣體對(duì)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(lái)。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(jiǎn)化；化學(xué)、機(jī)械和熱的穩(wěn)定性好，以保持長(zhǎng)期的使用性能。

本方法是目前各國(guó)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。

含氦氣源中的H2S、CO2、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(mén)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(duì)天然氣中H2S、CO2殘留量要求是：H2S≤4ppm[1ppm=M/22.4

(mg/m3)，M為分子量，下同]，CO2≤100ppm。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(lái)精脫水，脫水深度要求小于1ppm，同時(shí)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(jiǎn)單。

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(wú)乙烷以上的餾分，二次冷凝要求甲烷含量小于1%。同時(shí)釜

液液烴中的氦含量要小于10ppm，以提高氦氣回收率。

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(chǔ)氫合金等脫氫工藝也在發(fā)展中。小于10ppm的殘留氫在其后的高壓冷

凝吸附過(guò)程中與氮、少量的甲烷等其他雜質(zhì)同時(shí)除去。冷源一般由常壓液氮提供，可制得純度

99.99%以上的氦氣。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。