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天然气生产氦气的主要方法

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2022-11-04 09:04:00【

 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。