氦氣的制備

工業上制法是將天然氣反復進行液化；精餾，并用活性炭吸附除去氦以外的其他雜質氣體進行

精制；此外，焙燒含氦的鈾礦石，分離氣體，利用化學方法除去水蒸氣、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。

限于吸附劑的吸附容量，吸附法一般適用于雜質含量小于10%的粗氦精制中。近年來發展起來

的變壓吸附(PSA)即屬于此類改進型。

選用適當的吸收溶劑，在一定的條件下可將沸點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氟烴、液態烷烴等。圖1為從含氦天然氣中提取氦氣的一

種吸收法流程簡圖。該法一般適用于氦氣含量較高的場合，并且通常與PSA一起使用.

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

為石英玻璃毛細管，管壁厚度為0.025～0.127mm，內徑與壁厚之比為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百兆帕范圍內選用。經石英玻璃毛細管擴

散提取的氦氣純度相當高，但因所采用的石英玻璃毛細管極細，制作不便，操作時又需要在高

溫和相當高的壓差下進行，因此用擴散法規模化提氦尚存在許多限制。

隨著膜材料的發展，膜滲透法提氦展現出越來越好的應用前景。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

業上應用的滲透膜應具有：滲透常數大，以保證產量并減少所需的膜面積；分離因子大，使流

程簡化；化學、機械和熱的穩定性好，以保持長期的使用性能。

本方法是目前各國從天然氣中提取氦氣廣泛采用的方法。通常由氣源預處理凈化、粗氦提取及

氦氣精制等工序構成。

含氦氣源中的H2S、CO2、水分，甚至汞等雜質在進入低溫裝置前須凈化處理，以免在低溫下

使管道、閥門和設備產生堵塞、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，應優選有利于降低提氦

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精脫水，脫水深度要求小于1ppm，同時進一步

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使用，但設備和控制復雜；而浸硫活性炭不

能循環使用，需定期更換，但設備和操作簡單。

天然氣經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

或負壓液甲烷供給。一次冷凝要求無乙烷以上的餾分，二次冷凝要求甲烷含量小于1%。同時釜

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。工業上一般

采用催化氧化脫氫法，儲氫合金等脫氫工藝也在發展中。小于10ppm的殘留氫在其后的高壓冷

凝吸附過程中與氮、少量的甲烷等其他雜質同時除去。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。