高純氦氣是國防軍工和高科技產(chǎn)業(yè)不可或缺的稀有氣體,目前只能從含氦天然氣中提取。我國氦氣資源不僅數(shù)量貧乏,而且含量低,單純采用深冷法開采氦氣的成本高。但隨著膜分離技術(shù),聯(lián)產(chǎn)法、聯(lián)合法等提氦新工藝和LNG等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為從天燃?xì)庵薪?jīng)濟(jì)地提取氦氣提供了新的方法。因此,在保護(hù)有限氦氣資源的同時(shí)加強(qiáng)對提氦技術(shù)和氦氣資源的開發(fā)利用,推進(jìn)提氦新技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究和提氦新工藝的推廣應(yīng)用,對于保障國家用氦安全、促進(jìn)提氦技術(shù)的發(fā)展和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。
一、擴(kuò)散法
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。所用的擴(kuò)散元件通常為石英玻璃毛細(xì)管,管壁厚度為0.025~0.127 mm,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)模化提氦尚存在許多限制。
二、 膜滲透法
隨著膜材料的發(fā)展,膜滲透法提氦展現(xiàn)出越來越好的應(yīng)用前景。各種氣體對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。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,使流程簡化;化學(xué)、機(jī)械和熱的穩(wěn)定性好,以保持長期的使用性能。膜材對天然氣各組分滲透的選擇性可用分離因子口來表示。
三、吸附法
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氣分離出來。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。近年來發(fā)展起來的變壓吸附(PSA)即屬于此類改進(jìn)型。
四、吸收法
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。