新技术之膜法提氦

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膜分离法制氧工艺简介

1.1 聚合物膜
一些氧氮分离系数大于2.5、透氧系数P(O2) > 1.0 Barrer 的聚合物膜材料 (1 Barrer 是指每秒钟每厘米汞柱压力差下每平方厘米膜面积中透过1 厘米厚的膜的气体在标准状态下的毫升数的十亿分之一,1 Barrer = 1010 cm2·s -1·cmHg -1 ,其中1 cmHg = 1 333 Pa) 。将它们用于空气分离操作,均获得了较好的分离效果。
• 效率高，每kg膜纤维连续的生产能力比变压吸附要大。 • 没有运动部件，几乎用不着维护，因此维护费用少, 高效
率和高可靠性降低了操作运行费用。
• 设备简单、机动性好，只要有一个压缩空气的气源，就可以连续地工作，而且可以省去贮运气体或液体的设备。
膜法气体分离优点
膜法富氧技术和深冷、变压吸附法相比, 具有设备简单、操作方便、安全、启动快、规模灵活、无环境污染等特点。当氧质量分数在 30% 左右, 规模小于15 000 m3/h 时, 膜法投资、维修及操作费用之和仅为深冷法和变压吸附法的2/3 到3/4, 能耗比其他两种方法低 30% 以上, 且规模越小, 膜法越经济[18 ]。它在制备富氧气方面的应用迅速增加, 并正在取代其他高成本且操作不方便的分离技术膜法/深冷法联合制氧。用于原有制氧机改造,增加一套膜法富氧装置可提高制氧能力25%～50% , 氧浓度提高, 综合投资下降2%～ 3% , 能耗、水耗均有降低。
膜分离优点
用膜分离技术进行气体分离的优点：
• 分离过程中没有相变, 过程简单, 可在常温下进行操作, 减少能源的消耗。
• 与传统的空分装置相比，能耗低。要下降(30～60)％。特别是分离共沸物质, 有独特的优越性.
• 重量轻，占地面积小，纯度高，工作压力的范围宽。氮气纯度可达99.9%, 生产的氮气非常干燥，露点温度可达 -100℃。

膜分离与变压吸附组合工艺在天然气提氦中的应用初探

2021.15科学技术创新1市场主流的天然气提氦工艺目前国内外天然气提取氦气的工艺主要包括深冷法、吸附法、吸收法及膜分离法。

1.1深冷法深冷精馏是大多数中大型的天然气回收氦气工厂普遍采用的方法。

其原理是以液氮为制冷剂(约-190℃),将天然气中的烃类及其他组分逐级冷凝,而由于氦气的沸点极低,最终与天然气中的其他组分分离。

1.2变压吸附法变压吸附(PSA )工艺利用不同的吸附剂将天然气中除氦气外的其他组分吸附从而分离出氦气产品。

一般PSA 吸附塔中会装填不同的吸附材料的分离床层来应对天然气中的不同组分,如硅胶或氧化铝床层用于脱除水分、活性炭床层用于脱除二氧化碳、沸石床层用于脱除甲烷和氮气等等。

当吸附剂将杂质气体吸附饱和后,可采取降压反吹或抽真空等方法将杂质气体解析出来,从而恢复吸附剂的活性。

1.3膜分离法气体分离膜是一种较为新颖的分离技术。

气体组分在高分子聚合物薄膜(醋酸纤维、聚丙烯类、聚砜、聚酰亚胺等)上基于溶解扩散的原理进行传质,根据不同气体组分在膜材料中的溶解度和扩散速率不同从而达到各组分分离的效果。

当两种或两种以上的气体混合物通过聚合物薄膜时,氦气和氢气等组分的渗透速率远高于氮气和甲烷及其他烃类。

2膜分离与变压吸附(P S A )组合工艺探讨单纯使用膜分离技术或变压吸附技术目前并不十分适合应用于较大气量且氦含量较低的天然气提氦场景。

但膜分离技术可应用于氦气产品的粗提,而使用变压吸附工艺可将氦气产品进一步提纯。

结合两种技术的不同优势的组合工艺使得天然气制取高纯氦气产品的应用成为可能。

本文将着重探究聚酰亚胺中空纤维膜与传统变压吸附组合工艺在天然气提氦领域的应用方向。

2.1聚酰亚胺中空纤维膜聚酰亚胺是一种玻璃态高分子聚合物,具有耐腐蚀、耐高温(300℃)、机械及化学稳定性好等特点,是制作气体分离膜的一种理想材料[4]。

2.2膜+PSA 组合工艺本文研究的膜+PSA 组合工艺提氦技术的原料气基于某气田的含氦天然气。

天然气提氦技术现状及发展趋势

氦气是一种无色、无味的稀有气体，也是已知沸点最低（-268.9℃）的气体，在空气中含量约为5.2×10-6。

氦气具有密度小、极惰性、不易液化、稳定性好、扩散性强、溶解度低等性质。

氦气资源是一种有限且不可再生资源，目前尚未发现以氦气为主的氦气气藏，氦气多赋存于天然气中，从天然气中提取氦气是生产氦气的最主要途径，天然气中氦气含量大于0.1％时，具有较好的商业开发价值。

氦气在国防、航空航天、核工业、低温超导、科研、医疗、电子工业的惰性保护等领域具有不可替代的作用，是战略资源。

我国是极贫氦国家，据统计，2018年我国进口氦气约2366.5万方，2019年我国进口氦气约2260万m 3，对外依存度在95%以上，长期依赖进口。

1 主要提氦技术现状天然气提氦技术有低温法（深冷法）和非低温法，非低温法主要有膜分离法、吸收法、扩散法、吸附法等。

其中深冷法和膜分离法是当前采用的主要技术路线。

1.1 深冷法深冷法是利用化学吸收和物理吸附方法将天然气中的H 2S、CO 2、H 2O、Hg等杂质脱除，利用烃类沸点的差异逐级液化分离，将几乎不液化的氦气提取出来，再经过脱氢精制提纯获得含量99.999%以上的高纯氦气（图1）。

深冷法对天然气中的氦含量要求较高，下限为0.1%，工艺较为天然气提氦技术现状及发展趋势陈俊亮中石化华北油气分公司河南郑州 450006 摘要：氦气作为稀缺的重要战略性资源，我国95%以上依赖进口。

氦气多赋存于天然气中，从天然气中提取氦气是生产氦气的最主要途径。

天然气提氦主要采用低温法和非低温法，其中低温法和非低温膜分离法是当前采用的主要技术路线，原料气膜分离提氦和LNG+BOG提氦技术是今后发展方向，具体工艺的选定需要根据气田的气质组分及处理工艺进行具体论证。

关键词：氦气低温分离膜分离技术Ｐｒｅｓｅｎｔ　Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　Ｈｅｌｉｕｍ　Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｒｏｍ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｇａｓ　Ｃｈｅｎ　Ｊｕｎｌｉａｎｇ　North China Oil&Gas Company of SINOPEO ，Zhengzhou 450006Abstract ：Helium ，as a scarce and important strategic resource ，is more than 95% dependent on imports in China. Helium is mostly stored in natural gas ，and extracting helium from natural gas is the main way to produce helium. Natural gas helium extraction mainly adopts low-temperature and non low-temperature methods ，among which low-temperature and non low-temperature membrane separation methods are the main technical routes currently used. Feed gas membrane separation helium extraction and LNG+BOG helium extraction technology are the future development directions ，and the specific process selection needs to be demonstrated based on the gas field ’s gas composition and treatment process.Keywords ：Helium ；Low temperature separation ；Membrane separation technology图1 深冷分离提氦工艺流程复杂。

1 空气分离的方法可分为低和非低两种

1 空气分离的方法可分为低和非低两种，其中非低空气分离方法包括吸附、膜分离、化学分离法。

由于目前在大规模制取氧、氮气液产品，尤其是高纯度产品方面低分离法具有无法取代的竞争优势，而且只有低分离法才具有可同时生产氩等稀有气体产品的能力，故低法在空气分离的工业应用中占据非常重要的地位。

变压吸附法是20世纪50年代末才开发成功的，由于其独有的灵活方便、投资少、能耗低的优点，近年来变压吸附空分富氧技术在中小规模富氧应用领域得到越来越多的应用。

膜分离空分是80年代国外兴起的高新技术，属高分子材料科学，它是21世纪十大新科技产业之一。

该技术虽起步晚，但发展较快2中国深冷空分设备的现状空分之家-- ----空分操作和管理人员的园地.全球工业气体市场由七大跨国气体公司所垄断。

2001年各公司市场占有率分别为AL（法国液化空气公司）占18％，BOC14％，Praxair（普莱克斯）130％，ap（美国气体化工产品有限公司）11％，Linde/AGA （德国林德公司）10％，日本酸素（NSC）5％，Messer（梅塞尔）4％，其它25％。

经过几十年的发展，我国空气分离设备制造业已形成杭州杭氧股份有限公司、四川空分设备（集团）有限公司、开封空分集团有限公司三足鼎立局面。

另外，法液空、林德等跨国公司在中国建立了合资或独资空分设备制造企业，给中国空分设备制造企业发展增添了新的力量。

2004年年末，杭氧与德国梅塞尔集团签署了联合促销与发展协议，使我国空分设备制造有望挑战世界垄断市场。

空分设备制造领域，国内企业与国外先进水平至少有十年的差距。

大型空分设备，还是跨国气体公司占优势。

中国经济迅猛发展，钢铁、石化、化工更是超常规发展，工业气体的增速为12％～15％。

为此引进了100多套大型空分设备，宝钢还引进了72000m3/h的空分设备。

而国内企业所获订单甚少，杭氧设计制造的52000m3/h空分设备，代表了国内最高水平。

3空气低分离工艺?空气低分离利用多塔低精馏工艺从压缩空气中制取高纯度的氧、氮、氩产品。

氦气提纯技术发展分析

氦气提纯技术发展分析摘要:为实现氦气资源的循环利用，有必要对氦气进行回收纯化。

文中对目前国内外氦气的提纯技术发展现状进行了分析介绍，并综合分析比较了这些方法的应用原理、优缺点及发展趋势，针对各自的使用特点，给出了几种详细的提纯工艺实现方法，为促进我国氦气提纯技术的发展提供了新的思路。

关键词:氦气提纯;低温分馏;选择吸附;薄膜扩散1 引言氦气是宇宙中的天然资源，同时也是不可再生的稀缺性战略资源，在卫星飞船发射、导弹武器工业、飞艇等浮空器、低温超导研究、半导体生产、核磁共振成像、特种金属冶炼及气体检漏等方面具有重要的用途。

氦气在全球的储量分布非常不均匀，北美、北非及俄罗斯等地有着较为丰富的氦气资源，而我国氦气资源严重匮乏，只有四川地区储存有少量的氦气。

长期以来，我国的工业生产和科学试验用氦气(含液氦)基本依靠国外进口，所以国内的氦气价格相对较高，且大批量供货周期很长。

同时随着我国国防工业技术的发展，氦气的需求量越来越大，一旦在非常时期发生氦气禁运，必将在大范围内影响我国的国防安全和经济发展。

因此，为了节约氦气资源，降低使用成本，对氦气回收纯化具有非常重要的意义。

目前工业上氦气常有纯化方法中主要有化学反应法、选择吸附法、低温精馏法、薄膜扩散法。

本文对目前氦气提氦技术的现状进行分析介绍，并综合比较几种方法的应用原理、优缺点及发展趋势，以为促进我国氦气提氦技术的发展提供新的思路。

2低温精馏法低温精馏法主要是利用了各种气体组份在冷却后沸点不一样及气体在低温下可形成固态、液态、气态从而分离不同相态的组份。

在半导体工业用的氦气就是利用低温将氦气中的杂质经低温冷冻室固体化后，再经过滤器过滤固体化的杂质，过滤后的氦气可用于半导体生产。

图1是日本在2005年TAIYOSANSOCOLTD取得的一项将氦气液化的设备的专利中的装置图。

这项专利的创新性主要在于在每个低温冷冻室的冷冻头部插入了真空绝热罐，氦气被降温到液化温度以下，从而产生了液氦。

天然气膜分离脱碳技术评述

在天然气预处理中，气体膜分离技术主要应用在天然气脱碳、脱水和提氦上[1]，此工艺流程简单、操作方便，当处理小流量气体时可设计为无人值守操作[2]。

目前国外已有将膜分离技术应用于天然气净化领域的实际案例，但在国内还未大规模应用，因此掌握和推广天然气膜分离脱碳技术还需进行进一步深入研究。

1 天然气膜法脱碳基本原理混合气体中各组分通过膜的渗透速率不同而获得分离的方法即为膜分离法，它的特点是装置结构简单，易操作、能耗低，是一种发展较为迅速的节能型气体分离技术[3]。

其本质是基于不同分子在膜材料上的渗透率不同，在膜两侧受到压力梯度的作用下，一种分子优先通过分离膜而达到选择性分离的目的。

2 商用分离膜材料商业上用于脱除CO2的3种主要的分离膜材料为乙酸纤维素、聚酰亚胺、全氟聚合物。

3种商用分离膜材料性能对比见表1。

其中，乙酸纤维素膜在天然气处理中占膜市场的80%，因其在工业领域的接受度广泛，已成为用于分离膜比较的行业标准，其主要市场是高含CO2的天然气和占地空间有限的油气田，如海上平台。

聚酰亚胺易于制备成不对称膜，同时表现出良好的热稳定性和化学稳定性，被认为是乙酸纤维素的替代品，但实际应用中聚酰亚胺分离性能的损失程度比乙酸纤维素严重，且受限于昂贵的价格和使用中存在塑化问题，聚酰亚胺市场很小。

全氟聚合物对CO2和碳氢化合物具有很强的抗塑能力，但选择性低，鲜有全氟聚合物的选择性能达到聚酰亚胺水平，且制造成本高。

表1 商用分离膜材料性能对比特性乙酸纤维素聚酰亚胺全氟聚合物渗透性一般高高选择性一般良好低热稳定性-良好强化学稳定性-良好强抗塑化性弱较弱强3 膜法脱碳工艺膜分离CO2工艺设计需要综合考虑以下因素：分离膜的渗透性和选择性；原始天然气中CO2的浓度和分离要求；投资等。

典型的膜分离CO2工艺有以下5种：一级膜分离工艺流程、二级膜分离工艺流程、一二级混合膜分离工艺流程、三级膜分离工艺流程、膜分离与胺吸收混合工艺流程。

氦气提取方法-概述说明以及解释

氦气提取方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述氦气是一种广泛应用于各个领域的稀有气体，具有很高的化学稳定性和物理性质。

由于其独特的特性和广泛的应用价值，氦气的提取方法备受研究人员的关注。

随着科技的进步和社会的发展，人们对氦气的需求不断增加，因此，开发高效、经济、可持续的氦气提取方法变得尤为重要。

为了更好地理解氦气提取方法，本文将从氦气的重要性和氦气提取方法的分类两个方面进行介绍。

首先，我们将探讨氦气的重要性。

作为一种惰性气体，氦气在许多科学实验、医疗诊断和工业生产中起着重要作用。

例如，在核磁共振成像中，氦气被用作磁共振对比剂，可以提供清晰的影像，并帮助医生做出准确的诊断。

此外，氦气还被广泛应用于半导体制造、潜水装备和气球等领域。

这些应用领域的不断扩大，使得氦气的需求不断增加。

接下来，我们将介绍氦气提取方法的分类。

目前，常用的氦气提取方法主要包括物理提取法和化学提取法。

物理提取法主要包括低温分馏法、膜分离法和吸附法。

其中，低温分馏法是一种常用且效果较好的提取方法，通过控制氦气的沸点将氦气从混合气体中分离出来。

膜分离法则是利用特殊的膜材料对气体进行分离，根据气体分子在膜上的渗透速率不同实现氦气的提取。

而吸附法则是通过选择合适的吸附剂吸附氦气，从而实现氦气的分离纯化。

化学提取法主要包括氢气还原法和液氨溶解法。

氢气还原法是利用氢气还原氦气，将氦气与其他气体分离。

液氨溶解法则是将混合气体与液氨接触，利用液氨与氦气的溶解度不同的特性将氦气从混合气体中提取出来。

综上所述，氦气提取方法的研究对于满足人们日益增长的氦气需求具有重要意义。

通过不断探索和改进提取方法，我们有望获得更高效、更经济、更环保的氦气提取技术。

展望未来，随着科学技术的不断进步，相信氦气提取方法将得到进一步的优化和创新，为各个领域的发展和进步做出更大的贡献。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以这样编写：在本文中，我们将主要讨论氦气提取方法。

[工学]天然气膜法处理技术

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聚酰亚胺
聚酰亚胺(PI) 是一类由芳香族或脂肪环族四酸二酐和二元胺经缩聚得到的环链化合物，根据其结构和制备方法不同可分成两大类：(1) 主链中含有脂肪链的聚酰亚胺； (2) 主链中含有芳香族的聚酰亚胺。作为膜分离材料，在80 年代中期已受到重视，它以其优良的机械性能和热稳定性在许多混合气体体系的分离中得到了应用，如H2/ N2、O2/ N2、H2/ CH4、CO2/ N2、CO2/ CH4等的分离。
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三、膜分离系统
后处理单元主要是对膜分离装置产生的废气、废液进行处理，以达到安全排放的环保标准。
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四、天然气膜处理
1．天然气膜法脱水
国内外天然气矿场集输工艺中使用最普遍的脱水方法是三甘醇(TEG)吸收法。该法具有设备投资大，操作复杂，容易产生苯、甲苯等污染物的排放，也存在废三甘醇的处理问题。
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分离系数
膜对于两种组分的分离性能可以用分离系数
αa/b来显示， αa/b一般用下式表示：
a b

Pa Pb

va vb
在选择天然气处理用膜时， αa/b十分关键，例如：通过CH4和水的分离系数可以清楚的展示
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分离系数
膜的脱水性能，下表列出了在相同工况的醋酸纤维膜上，水对天然气中其它组分的分离系数。
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四、天然气膜处理
膜法-深冷法集成提氦工艺流程示意图
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四、天然气膜处理
4．天然气中轻重烃组分的脱除与回收
天然气中含有大量的轻重烃组分，在气体输送前需将其脱除。传统的处理方法为冷分离法，能耗高，设备复杂，投资大。采用膜法分离，只要选用合适的分离膜，使轻重烃组分渗透速率高于甲烷，优先透过膜予以脱除，渗透侧为富集了轻重烃组分的天然气，此时采用冷分离法回收烃，能耗、设备规模、投资都可大大降低。

气体膜分离技术在我国的发展现状与展望_邓麦村

⑤空气中有机蒸气的膜法脱除与回收。针对我国环境问题 , 将工业排放气中的烃类蒸气加以回收利用 , 还可用于天然气及油田伴生气中轻烃的浓缩及回收利用 ,目前已完成小试 ,预计在一二年内将产品推向市场。
⑥无机膜反应分离技术。无机膜和无机膜反应器制备技术基本成熟 , 完成了 10 t /a 的乙苯脱氢制苯乙烯反应中试 , 产品收率比传统方法提高 5% 以上 , 水油比可由 1. 5降至 1. 0。同时 , 还开发了甲醇水解制取纯氢无机膜反应技术 , w (氢 ) 高于 99% , 并已研制出样机。
( 1996年 8月收稿 )
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程及应用等开展研究 ,取得了很大的进展 ,为以后膜科学的发展 ,膜技术的产业化奠定了基础。
气体透过高分子膜是一个复杂过程 , 其透过机理通常是气体分子首先被吸附到膜的表面溶解 , 然后沿浓度梯度在膜中扩散 , 最后从膜的另一侧解吸出来。
衡量各种选择性分离膜的指标主要有渗透系数 P 和分离系数 T。一般来说 , 当原料气 (高压侧 ) 的压力远高于渗透气 (低压侧 ) 的压力时 , 两组分渗透系数比将等于分离系数。
25 王志魁 ,毕永宏 .石油化工 , 1993( 10): 665 26 黄洁 ,曾爱武 ,余国琮 .化工学报 , 1994( 3): 306 27 黄洁 ,刘海玲 ,余国琮 .化工学报 , 1989( 4): 430 28 叶讠永恒 ,方之蓉 .化工学报 , 1987( 4): 438 29 卢议和 ,段道顺 ,赵景芳 ,等 .化工学报 , 1983( 1): 36 30 王可安 ,史季芬 ,傅举孚 .化工学报 , 1991( 6): 704 31 史季芬 ,陈金芳 ,杨腾 ,等 .化工学报 , 1994( 5): 611 32 张至英 ,戴干平 ,范自晖 ,等 .化学工程 , 1987( 5): 34 33 卢议和 ,段道顺 ,赵景芳 ,等 .化学工程 , 1984( 6): 1 34 余国琮 ,黄洁 ,张清军 ,等 .石油化工 , 1988( 1): 43 35 余国琮 ,黄洁 ,张泽廷 .化工学报 , 1986( 2): 151 36 黄洁 ,余国琮 .石油化工 , 1984( 3): 182 37 黄洁 ,徐世民 ,王平 ,等 .化学工程 , 1985( 6): 1 38 袁希钢 ,尤学一 ,余国琮 .化工学报 , 1995( 4): 512

天然气提氦原理流程设计

天然气提氦原理流程设计作者：陈鹏陶真袁东筱来源：《中国科技博览》2018年第20期[摘要]氦气因其独特的性质，在国防军工和科学研究中都有着重要而广泛的用途。

近年来，随着我国国防军工事业的快速发展和航天事业的发展，相关领域对氦气的需求将大幅度增加，而且目前我国还没有大规模化的提氦装置。

[关键词]提氦；天然气；原理流程；中图分类号：G887 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0242-01一、低温冷凝法提氦的条件低温冷凝法提氦对天然气原料气介质要求较高，H2S含量小于4ppm，CO2含量小于100ppm，H20含量小于1ppm，因此对天然气提氦之前需考虑对原料气的脱硫、脱碳和脱水，脱硫、脱碳一般采用成熟的MEA+MDEA的配方溶剂工艺，脱水的常规方法有分子筛脱水和三甘醇脱水，但三甘醇脱水的深度很难满足H20含量小于1ppm的要求，为此只能采用分子筛脱水二、原理流程冷凝法提氦装置采用后膨胀+氮循环制冷工艺。

天然气提氦装置的主要工艺设备由膨胀机、原料气冷却器、一级提浓塔、二级提浓塔、深冷器等组成。

原料气首先进入一级提浓塔，通过膨胀机制冷和降压分离出甲烷，然后进入二级提浓塔，通过液氮循环提供的冷量再次分离出剩余的甲烷、氮气等气体，得到70%的粗氦，再经过钯反应和膜分离出去气体中的氢气等气体，得到95%以上的粗氦，最后通过氦气精致得到99.9%以上得氦气，原理流程如下图所示：（见图1）从分子筛脱水装置来的提氦天然气进入原料气冷却器中冷却到后，通过流量调节阀调节，从天然气中抽部分气体进入一级提浓塔塔底作为蒸发器热源被冷却到后，再次进入原料气冷却器与原料气汇合继续预冷。

提氦天然气预冷后进入一级提浓塔中部进行一次提浓。

一级提浓塔塔顶冷凝器出来的一次粗氦浓度可达5%左右；塔底出来的液甲烷部分经过节流作为塔顶冷凝器的冷源，经过塔顶冷凝器换热后，低压返回气体与深冷器来的低压气汇合进入原料气冷却器回收冷量后，一部分经尾气压缩机增压到外输，另一部分作为燃料气进入燃料气系统；而塔底大部分的液体节流后进入原料气冷却器回收部分冷量，进入透平膨胀机，再进入原料气冷却器换热，回收冷量后，再经过同轴压缩机增压进入外输管线。

新技术之膜法提氦

新技术之膜法提氦1.概述(1 )氦(He )是一种无色无味、基本不与其它元素发生反应的稀有惰性气体，是一种非常稀有珍贵的资源，广泛应用在航天工业、低温超导、核工业等领域。

近十年来其利用价值增长了100倍，据报道，人类正在快速消耗全球的氦资源，现有探明氦资源储备将在未来25年到30年间消耗殆尽。

世界上90%的氦都是从富氦天然气中提取的，资源氦含量平均是0.8%，其中阿尔及利亚、卡塔尔、俄罗斯和中国和所开采的含氦天然气中，氦含量只有0.18%至0.9%。

我国在世界上属贫氦国，目前仅有四川盆地威远气田年产氦气5万立方米，天然气中氦气浓度仅0.18%。

1974年原地质矿产部第三普查勘探大队(中石化华北局三普大队)在渭河盆地油气普查时发现渭深13井的气体组分有异常，这是首次在渭河盆地勘探井中发现氦气。

随着渭河盆地地热资源的开发利用，2004年在西安一些地热井的水溶性气体中，检测岀氦含量在0.2%-1.5% 之间，平均值是0.87%，高于天然气储量规范中氦浓度0.1%的工业标准，也远远超过国内目前唯一开发利用氦资源的四川威远气田氦含量的平均值(0.18% )，属于富氦气藏，达到了工业开发利用价值。

(2 )渭河盆地水溶型氦资源的研究现状2006年，我单位配合中国石化集团华北石油管理局三普大队，依托渭河盆地地热资源的开发条件，对整个渭河盆地地热井口含氦伴生气资源进行了系统的资源跟踪评价研究。

先后与多家单位合作开展了“渭河盆地含氦天然气资源前景评价”、“渭河盆地水溶含氦天然气资源评价及综合利用”、“渭河盆地非常规水溶天然气资源研究与技术开发”等项研究，取得了突破性进展。

1）此次渭河盆地发现的氦气成藏属世界新的氦气成藏资源类型，并首次提岀了概念。

2 ）研究过程中，引入先进的“氦气资源膜法常温提取 "新技术，使氦气提取浓度高达 30% 以上，氦气提取率高达 98%以上，具有“经济、便捷、高效”的技术特征，为渭河盆地新型水溶氦资源评价提供了直接证据，为渭河盆地水溶型氦气资源研究开发奠定了重要的技术基础。

LNG蒸发气中氦气提取技术及应用

LNG蒸发气中氦气提取技术及应用摘要：氦气是一种不可替代、关系国家安全和高新技术产业发展的稀缺战略资源;在军工、石化、航空航天、核工业、深海潜水、低温科学等高科技领域有着非常广泛的用途，并且氦气需求量正以年均10%以上的速度递增。

氦气如此珍贵，但其在空气中的占比仅为0．0004%～0．00056%，含氦天然气迄今仍是工业化生产氦气的唯一来源。

含氦的天然气在全球的分布并不均匀，北美、北非和俄罗斯等地有着较为丰富的氦气资源，占全球氦总资源量的90%以上。

我国氦气资源贫乏，而且天然气中氦的含量总体偏低，开发成本高、提取难度大、缺乏市场竞争力。

同时提氦技术的先进否也是制约氦气产业发展的关键因素。

目前已有的提氦技术虽各具优点，但并不能完全适用于所有工业的应用场合。

关键词：LNG蒸发气；氦气提取技术；应用；引言随着全球经济的快速发展，传统的石油与煤炭等能源已无法满足社会发展的需要。

天然气作为一种绿色能源，因其液化后具有的运输方便、品质纯净等优点，受到各国能源进口的青睐，已逐渐发展成为全球能源战略的新目标。

在天然气的生产和使用过程中，由于许多天然气的产地位于偏远地区，距离商业市场较远，大量天然气需要经过专业设备运输后才能最终投入使用。

1氦气生产工艺根据氦气提取介质的不同，有四种方法：天然气分离法、合成氨法、空气法和铀矿法。

1）天然气分离工艺主要应用于工业领域，以氦气为原料的天然气经过反复液化和分馏，再利用活性炭进行吸附提纯，得到纯氦气。

2）合成氨工艺是指对合成氨废气进行分离提纯，得到氦气。

3）空气过程使用分馏从液态空气中的氖氦混合物中提取氦。

4）铀矿石法是通过焙烧从含氦铀矿石中分离气体，然后通过化学方法去除水蒸气、氢气和二氧化碳等杂质，以提高氦的纯度。

鉴于合成氨法和空气法生产氦气的原料气中含有大量氢气和氖气等低沸点气体，目前国内外主要采用天然气分离法从天然气中提取氦气。

在传统的天然气氦气提取方法中，根据提取过程中的温度有两种：非低温法和低温法：①非低温法主要包括物理吸附、溶剂吸收、膜分离和变压吸附（PSA）；②低温过程，也称为冷凝过程，也被称为冷冻过程，是指通过利用天然气中每个成分的临界温度差异来分离氦气。

天然气提氦工艺案例

天然气提氦工艺案例
以下介绍两个天然气提氦工艺案例：
1. 水发燃气BOG提氦技术
BOG提氦技术是在天然气液化、储存和运输过程中产生的BOG气体中提取氦气。

该技术主要采用膜分离+催化脱氢+低温吸附法联合的提氦工艺，具有流程简单、先进合理、易操作、能耗低、性价比高、运行稳定可靠的特点。

水发燃气成功实施了BOG提氦技术，实现了鄂尔多斯盆地富含氦气的天然气中氦气的提取，提高了LNG工厂的经济性，推动了氦资源工业产业化。

2. 荣县天然气的提氦装置
荣县天然气的提氦装置采用了西南油气田公司天然气研究院开发的CT8-23活性MDEA溶液作为脱碳溶液，可将天然气中90%的CO2脱除到50×10-6（φ）以下。

脱水采用三塔分子筛工艺，加热炉连续运行，冷吹后较高温度的天然气直接进加热炉，实现了再生能耗的降低。

在分离方面，通过第一分离塔实现氦与甲烷的分离，并提高氦的收率；然后，在第二分离塔实现氦与大量氮的分离，获得氦摩尔分数为65%左右的粗氦；最后，粗氦复热到常温后，通过钯催化脱除氦中氢含量至小于500×10-6（φ），通过膜分离获得摩尔分数为90%~95%的粗氦，压缩后去储存运输。

在氦的精制单元，通过进一步将氦中氢脱除到小于
5×10-6（φ）后，通过压缩机增压至15MPa，然后经过分子筛两塔脱水进入冷箱，在冷箱中通过液氮为制冷剂，经过冷凝吸附后获得氦纯度99.999%（y）以上的产品。

如需更多天然气提氦工艺案例，建议查阅相关行业报告或咨询相关企业。

膜法提氢技术在合成氨厂的应用

优势。具体如下：
１深冷法．
深冷分离法是借助低温下气体各组份沸点的不同来分离的。例如氢气的沸点最低，且与Ｍ４的沸点相差较大的特点进行合成放空气的深冷分离，从它采用了合成放空气自身的压力，进行膨胀制冷而降温，使其它组份液化以达到气体分离的目的。但由于膨胀压差的限制，提供的冷金有限，温度降低亦有限，所以自身分离出来的氢气纯度较低。如果要得到高纯度的氢气就必须外供能量，这对中小化肥厂而言，操作规模小的情况下，经济效益将受到影响。该方法的优点是操作规模大，如放空气量为２０ＯＭ／时，００Ｎ３在回收氢气时，１－Ｉ可同时得到几种较高纯度的产品气（９．９％，９３，如氢９９９氮９．％）经济效益较好。另外，该方法占地面积大，操作复杂，对原料气预处理的要求较高。２变压吸附法《Ｓ）．ＰＡ变压吸附法是根据气体中各组份在分子筛上吸附能力的不同，而使强吸附组份和弱吸附组份得到分离。例如，合成放空气中氢气的吸附能力最弱，而其它组份在分子筛上的吸附能力都远远高于氢气的吸附能力，所以在较高压力下吸附而一次性地得到分离，降低压力和适当地升高沮度，又可使吸附的组份解吸，达到分离的目的。该方法回收氢气纯度可达９％以上。但由于有多种生产工序并存，９故存在着氢气回收率较低，切换阀门易损等缺点。国内合成氨厂采用此技术的操作压力为１６ａ．ＭＰｏ
子膜失效。
３软水．
氨是高分子膜的致命气体，为了保证和延长膜的使用寿命，需要用软水在高压下将吹
除气中所含氨洗到２ｐ０ｐ０ｍ以下，让气体进膜。用一般水进行水洗，方可遇到氨后，极易在洗氨塔填料层中结垢，造成局部阻塞，使通过洗氨塔填料层的气体线速增大，将含氨的水从

有研工研院研制的可提取99.999%以上高纯氦气的氢氦分离装置投入运行

有研工研院研制的可提取99.999%以上高纯氦气的氢氦分离
装置投入运行
佚名
【期刊名称】《膜科学与技术》
【年(卷),期】2024(44)1
【摘要】近日,由中国有研集团有研工程技术研究院有限公司自主研发的氢氦分离提纯装置成功应用于山西吕梁天然气闪蒸气(BOG,Boil off Gas)提氦项目,经历长时间、低温环境运行考核,成功产出99.999%以上纯度的高纯氦气,标志着国内氦气提取领域获得重大技术突破.目前,从天然气中提取氦气是其唯一的工业化来源.
【总页数】1页(P122-122)
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
1.超流氦气液相分离器实验装置研制
2.采用钯分离技术测定高纯氦,氖中痕量氢
3.空气分离装置提取粗氖氦稀有气体研究
4.聚变堆包层氚提取系统氦氢分离工艺研究进展
5.一种氢氦混合气体分离与回收装置
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气体渗透膜的研究和工业应用现状

气体渗透膜的研究和工业应用现状摘要简单介绍了气体膜分离技术的原理和分离机理，膜材料的种类及其在工业中各种应用，并介绍了气体膜分离技术的研究进展，对我国的膜分离技术提出了展望关键词气体膜；分离机理；膜材料；应用；展望一、概论膜分离技术被认为是2l世纪最有发展前途的新技术之一，其中气体膜分离技术由于Prism中空纤维氮氢分离器的问世，取得了空前的发展。

气体膜分离技术与传统的吸附冷冻、冷凝分离相比，具有节能、高效、操作简单、使用方便、不产生二次污染并可回收有机溶剂的优点，已广泛用于空气分离富氧、富氮技术、天然气中脱碳、合成氨中的一氧化碳和氢气的比例调节，以及在石油化工、天然气生产等领域。

二、气体膜分离技术原理膜法气体分离的基本原理是利用膜两侧气体分压差为驱动力，根据膜材料对不同渗透气体的选择性，使不同气体以不同速率渗透通过膜材料，从而达到分离、净化某种气体的目的，如图1[1]所示。

相同分压差下，两种气体的渗透速率之比称为这种膜材料对这两种气体的选择性。

选择性越大，分离过程越容易。

对不同结构的膜，气体通过膜的传递扩散方式不同，因而分离机理也各异。

目前常见的气体通过膜的分离机理有两种：其一，气体通过多孔膜的微孔扩散机理；其二，气体通过非多孔膜的溶解—扩散机理。

2.1 微孔扩散机理[2]多孔介质中气体传递机理包括分子扩散、粘性流动、努森扩散及表面扩散等。

由于多孔介质孔径及内孔表面性质的差异使得气体分子与多孔介质之间的相互作用程度有所不同，从而表现出不同的传递特征。

混合气体通过多孔膜的传递过程应以分子流为主，其分离过程应尽可能满足下述条件：1，多孔膜的微孔孔径必须小于混合气体中各组分的平均自由程，一般要求多孔膜的孔径在(50～300)×10 -10m；2，混合气体的温度应足够高，压力尽可能低。

高温、低压都可提高气体分子的平均自由程，同时还可避免表面流动和吸附现象发生。

2.2 溶解—扩散机理[2]气体通过非多孔膜的传递过程一般用溶解一扩散机理来解释，气体透过膜的过程可分为三步：1．气体在膜的上游侧表面吸附溶解，是吸着过程；2．吸附溶解在膜上游侧表面的气体在浓度差的推动下扩散透过膜，是扩散过程；3．膜下游侧表面的气体解吸，是解吸过程。

新技术之膜法提氦

•新技术之膜法提氦1.概述（1）氦（He）是一种无色无味、基本不与其它元素发生反应的稀有惰性气体，是一种非常稀有珍贵的资源，广泛应用在航天工业、低温超导、核工业等领域。

近十年来其利用价值增长了100倍，据报道，人类正在快速消耗全球的氦资源，现有探明氦资源储备将在未来25年到30年间消耗殆尽。

我国在世界上属贫氦国，目前仅有四川盆地威远气田年产氦气5万立方米，天然气中氦气浓度仅0.18%。

1974年原地质矿产部第三普查勘探大队（中石化华北局三普大队）在渭河盆地油气普查时发现渭深13井的气体组分有异常，这是首次在渭河盆地勘探井中发现氦气。

随着渭河盆地地热资源的开发利用，2004年在西安一些地热井的水溶性气体中，检测出氦含量在0.2%-1.5%之间，平均值是0.87%，高于天然气储量规范中氦浓度0.1%的工业标准，也远远超过国内目前唯一开发利用氦资源的四川威远气田氦含量的平均值(0.18%），属于富氦气藏，达到了工业开发利用价值。

（2）渭河盆地水溶型氦资源的研究现状2006年，我单位配合中国石化集团华北石油管理局三普大队，依托渭河盆地地热资源的开发条件，对整个渭河盆地地热井口含氦伴生气资源进行了系统的资源跟踪评价研究。

1）此次渭河盆地发现的氦气成藏属世界新的氦气成藏资源类型，并首次提出了“水溶氦”资源概念。

2）研究过程中，引入先进的“氦气资源膜法常温提取”新技术，使氦气提取浓度高达30%以上，氦气提取率高达98%以上，具有“经济、便捷、高效”的技术特征，为渭河盆地新型水溶氦资源评价提供了直接证据，为渭河盆地水溶型氦气资源研究开发奠定了重要的技术基础。

天然气及液化天然气蒸发气提氦技术研究进展

天然气及液化天然气蒸发气提氦技术研究进展
张丽萍;巨永林
【期刊名称】《天然气化工—C1化学与化工》
【年(卷),期】2022(47)5
【摘要】为了更系统地了解现有提氦技术及其工艺流程,总结了国内外近几年天然气及液化天然气蒸发气(LNG-BOG)为原料气的提氦技术及其工艺流程,分析了二者在提氦流程方面的异同。

BOG提氦流程往往需要复温装置,在BOG满足装置提氦要求下,通常不需要脱酸等预处理环节,且其含氦量较高,相较于低含氦天然气提氦技术更加经济高效。

天然气主要成分与BOG相同,因此所采用提氦技术相同,主要包括低温法、膜分离法、变压吸附(PSA)法,以及膜分离-低温法、膜分离-PSA法和深冷-膜分离-PSA法等。

最后,对未来BOG提氦技术的研究方向进行了展望。

【总页数】10页(P32-41)
【作者】张丽萍;巨永林
【作者单位】上海交通大学制冷与低温工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TE645;TQ116.41
【相关文献】
1.液化天然气船蒸发气再液化方法分析
2.液化天然气接收站蒸发气回收优化技术
3.膜法天然气提氦技术研究进展
4.蒸发气回收利用技术在液化天然气接收站中的应用现状与进展
5.液化天然气接收站蒸发气体再冷凝技术的探讨
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膜提氢装置技术方案(新)讲解

大连迈泰克科技开发有限公司项目阶段技术方案文件编号MTC13099-Z 1 时间2013-10 第1页共15 页（含首页）版次安徽金禾实业股份有限公司膜提氢装置技术方案大连迈泰克科技开发有限公司二零一三年十月大连迈泰克科技开发有限公司项目阶段技术方案文件编号MTC1309-Z 1 时间2013-09 第2页共15页（含首页）版次目录一、技术说明二、设计依据三、工艺流程说明四、物料衡算五、装置性能保证指标六、公用工程消耗七、设计标准八、供货范围九、膜提氢装置的验收十、质量保证十一、交货进度及运输十二、装置分项报价十三、业绩表及相关业绩说明项目阶段技术方案文件编号MTC1309-Z1 时间2013-09第 3 页共 15 页（含首页）版次大连迈泰克科技开发有限公司气体分子在膜上的透过率H O2H 2H e 2CO 2N Ar C 易透过难透过O 2H 4O C 6H C 2一、技术说明膜法气体分离技术是当今世界竞相发展的高新技术，其基本原理是两种或两种以上的气体混合物通过高分子膜时，由于各种气体在膜中的溶解度和扩散系数的不同，导致不同气体在膜中相对渗透速率有差异。

在驱动力——膜两侧压力差作用下，渗透速率相对快的气体，如水蒸气、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等优先透过膜而被富集；而渗透速率相对较慢的气体，如甲烷、氮气、一氧化碳等气体则在膜的滞流侧被富集，从而达到混合气体分离之目的。

膜分离回收提纯氢气具有技术先进、工艺设计合理、占地少、开动灵活、膜寿命长、维护及行费用低等优点；膜提氢装置的性能稳定、连续开工期可靠。

多年来的实践经验表明，采用膜分离回收提纯氢气技术的设备投资少、投资回收期短，经济效益极为显著。

二、设计依据2.1 项目背景安徽金禾实业股份有限公司合成氨生产能力400吨/天。

拟建设处理气量为6000NM3/H （产品气）膜提氢装置，要求氢气纯度大于99%，用于配套建设15万吨双氧水装置。