利用天然气生产氦气的主要方法

♦   扩散法利用氦气的高热扩散性能，可以从天然气中浓缩和提取氦气。所使用的扩散元件通常是石

英玻璃毛细管，其壁厚为0.025-0.127mm，内径与壁厚之比为3-7，操作温度为400-500℃，根据具

体操作条件，操作压力范围为数万至数百兆帕。通过石英玻璃毛细管扩散提取的氦气纯度相当高，

但由于使用的石英玻璃毛细管非常精细，其生产不方便，并且必须在高温高压差下进行操作。因此，

使用扩散规则来模拟氦气提取仍有许多局限性。

♦   随着膜材料的发展，膜渗透法在氦气提取中的应用越来越有前景。不同的气体对膜具有一定的渗

透性，并且每种气体的渗透性不同，因此可以使用渗透法从天然气中提取氦气。工业上使用的渗透

膜必须具有：高渗透常数，以确保生产并减少所需的膜范围；大的分离系数简化了工艺良好的化学

、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以用分离因子的口来表

示。

♦    吸附方法是基于天然气的每种成分在用于分离氦气的固体吸附剂表面上的吸附能力的差异。由于

吸附剂的吸附能力有限，吸附法一般适用于杂质含量小于10的粗氦精炼。近年来发展起来的压力翼

吸附（PSA）就是这种改进型。

♦   吸收法选择合适的吸收溶剂，在某些情况下，沸点高于氦气的天然气的剩余成分可以被洗涤和吸

收以提取氦气。所使用的吸收溶剂包括液体氟碳化合物、液体烷烃等。

♦   低温冷凝法目前在各国广泛应用于从天然气中提取氦气。它通常包括气源的预处理和净化、原料

氦气提取和氦气精炼等过程。

1.含氦天然气的预处理和净化
来自含氦气源的污染物，如H2S、CO、湿度甚至汞，在进入低温装置之前必须进行清洁，以防止管

道、阀门和设备在低温下的工艺条件发生堵塞、腐蚀和恶化。去除酸性气体常用的方法有醇胺法、

热钾碱法和磺酰胺法。H2S氦气提取工艺CO残留物要求为：H2S≤4 ppm[1ppm M/22,4（mg/M）M

是分子量，在CO≤100 ppm以下相同。考虑到氦气提取的好处，选择有助于降低氦气提取成本的去

除方法是合适的。干燥工艺方法：天然气提氦提纯脱水通常选用分子筛，干燥深度应小于1ppm。同

时，剩余的酸性气体被吸附并进一步去除。除汞方法：HgSIV除汞分子库可以再生再利用，但设备和

监测复杂；然而，硫饱和活性炭无法回收，需要定期更换，但设备和操作简单。
2.原油提取
天然气二次冷凝后，产生氦气含量为60-70的粗氦气。冷凝所需的冷却能力由大气中的液态甲烷、大

气中的液氮或液态甲烷的负压获得。一次冷凝不需要大于乙烷的馏分，二次冷凝需要小于1的甲烷浓

度。同时，锅炉的液态烃氦气含量应小于10ppm，以提高氦气回收率。
3.氦的加工
天然气中难以流动的氢气已与粗氦气中的氦气含量一起浓缩，必须在处理前去除。催化氧化脱水在工

业中广泛应用，液化工艺如储氢混合物也在开发中。在高压冷凝吸附过程中，小于10ppm的残余氢与

其他杂质（如氮气和少量甲烷）同时被去除。冷源通常是大气中的液氮，它可以产生纯度大于99.99的

氦气。其他精炼方法如洗涤和吸收以及天然气成分如甲烷和丙烷也可用作吸收剂。
纯氦是国防和高技术产业不可或缺的宝贵气体。中国的氦气资源不仅数量有限，而且有限，仅使用深

度冷却提取氦气成本高昂。然而，随着膜分离技术、热电联产等新的氦气提取工艺以及液化天然气等

相关行业的发展，提供了从天然气中经济提取氦气的新方法。因此，保护有限的氦气资源，加强氦气

开采技术和氦气资源的开发利用，推进氦气开采新技术的实验研究，推广应用氦气开采新工艺，对于

确保国家氦气使用安全至关重要，促进了Tailcat的发展，提高了氦气开采技术的经济效益。