利用天然氣生產氦氣的主要方法

♦   擴散法利用氦氣的高熱擴散性能，可以從天然氣中濃縮和提取氦氣。所使用的擴散元件通常是石

英玻璃毛細管，其壁厚為0.025-0.127mm，內徑與壁厚之比為3-7，操作溫度為400-500℃，根據具

體操作條件，操作壓力范圍為數萬至數百兆帕。通過石英玻璃毛細管擴散提取的氦氣純度相當高，

但由于使用的石英玻璃毛細管非常精細，其生產不方便，并且必須在高溫高壓差下進行操作。因此，

使用擴散規則來模擬氦氣提取仍有許多局限性。

♦   隨著膜材料的發展，膜滲透法在氦氣提取中的應用越來越有前景。不同的氣體對膜具有一定的滲

透性，并且每種氣體的滲透性不同，因此可以使用滲透法從天然氣中提取氦氣。工業上使用的滲透

膜必須具有：高滲透常數，以確保生產并減少所需的膜范圍；大的分離系數簡化了工藝良好的化學

、機械和熱穩定性，可保持長期性能。膜材料對天然氣組分滲透的選擇性可以用分離因子的口來表

示。

♦    吸附方法是基于天然氣的每種成分在用于分離氦氣的固體吸附劑表面上的吸附能力的差異。由于

吸附劑的吸附能力有限，吸附法一般適用于雜質含量小于10的粗氦精煉。近年來發展起來的壓力翼

吸附（PSA）就是這種改進型。

♦   吸收法選擇合適的吸收溶劑，在某些情況下，沸點高于氦氣的天然氣的剩余成分可以被洗滌和吸

收以提取氦氣。所使用的吸收溶劑包括液體氟碳化合物、液體烷烴等。

♦   低溫冷凝法目前在各國廣泛應用于從天然氣中提取氦氣。它通常包括氣源的預處理和凈化、原料

氦氣提取和氦氣精煉等過程。

1.含氦天然氣的預處理和凈化
來自含氦氣源的污染物，如H2S、CO、濕度甚至汞，在進入低溫裝置之前必須進行清潔，以防止管

道、閥門和設備在低溫下的工藝條件發生堵塞、腐蝕和惡化。去除酸性氣體常用的方法有醇胺法、

熱鉀堿法和磺酰胺法。H2S氦氣提取工藝CO殘留物要求為：H2S≤4 ppm[1ppm M/22,4（mg/M）M

是分子量，在CO≤100 ppm以下相同。考慮到氦氣提取的好處，選擇有助于降低氦氣提取成本的去

除方法是合適的。干燥工藝方法：天然氣提氦提純脫水通常選用分子篩，干燥深度應小于1ppm。同

時，剩余的酸性氣體被吸附并進一步去除。除汞方法：HgSIV除汞分子庫可以再生再利用，但設備和

監測復雜；然而，硫飽和活性炭無法回收，需要定期更換，但設備和操作簡單。
2.原油提取
天然氣二次冷凝后，產生氦氣含量為60-70的粗氦氣。冷凝所需的冷卻能力由大氣中的液態甲烷、大

氣中的液氮或液態甲烷的負壓獲得。一次冷凝不需要大于乙烷的餾分，二次冷凝需要小于1的甲烷濃

度。同時，鍋爐的液態烴氦氣含量應小于10ppm，以提高氦氣回收率。
3.氦的加工
天然氣中難以流動的氫氣已與粗氦氣中的氦氣含量一起濃縮，必須在處理前去除。催化氧化脫水在工

業中廣泛應用，液化工藝如儲氫混合物也在開發中。在高壓冷凝吸附過程中，小于10ppm的殘余氫與

其他雜質（如氮氣和少量甲烷）同時被去除。冷源通常是大氣中的液氮，它可以產生純度大于99.99的

氦氣。其他精煉方法如洗滌和吸收以及天然氣成分如甲烷和丙烷也可用作吸收劑。
純氦是國防和高技術產業不可或缺的寶貴氣體。中國的氦氣資源不僅數量有限，而且有限，僅使用深

度冷卻提取氦氣成本高昂。然而，隨著膜分離技術、熱電聯產等新的氦氣提取工藝以及液化天然氣等

相關行業的發展，提供了從天然氣中經濟提取氦氣的新方法。因此，保護有限的氦氣資源，加強氦氣

開采技術和氦氣資源的開發利用，推進氦氣開采新技術的實驗研究，推廣應用氦氣開采新工藝，對于

確保國家氦氣使用安全至關重要，促進了Tailcat的發展，提高了氦氣開采技術的經濟效益。