天然ガスからヘリウムを抽出するためのヘリウム抽出スキッド

現在、天然ガスからのヘリウム抽出プロセスは、主に極低温法、吸着法、膜分離法、またはこれら3つの方法のうち2つまたは3つを組み合わせた方法である。ヘリウム抽出スキッドの製品ヘリウム純度は99.9999%を満たすことができる。

（１）極低温法

極低温蒸留は、中規模から大規模の天然ガス回収ヘリウムプラントで一般的に用いられている方法です。その原理は、液体窒素を冷媒（約-190℃）として使用し、天然ガス中の炭化水素やその他の成分を徐々に凝縮させることです。ヘリウムは沸点が非常に低いため、最終的に天然ガス中の他の成分から分離されます。これは、ヘリウム抽出プロセスにおける一般的な方法です。

（２）圧力スイング吸着法

圧力スイング吸着（PSA）プロセスは、天然ガス中のヘリウム以外の成分を吸着するために様々な吸着剤を使用し、それによってヘリウム製品を分離します。一般的に、PSA吸着塔には、天然ガス中の様々な成分に対応するために、異なる吸着材の分離床が備えられています。例えば、水分を除去するためのシリカゲルやアルミナの吸着床、二酸化炭素を除去するための活性炭の吸着床、メタンや窒素を除去するためのゼオライトの吸着床などです。吸着剤が不純物ガスを飽和させた後は、減圧ブローバックや真空ポンプなどの方法を用いて不純物ガスを除去し、吸着剤の活性を回復させることができます。

（３）膜分離法

ガス分離膜は比較的新しい分離技術です。ガス成分は、溶解拡散の原理に基づき、ポリマーフィルム（酢酸繊維、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリイミドなど）上で物質移動を起こします。各成分の分離は、膜材料中のガス成分の溶解度と拡散速度の違いによって実現されます。2種類以上のガス混合物がポリマーフィルムを通過する際、ヘリウムや水素などの成分の透過速度は、窒素、メタン、その他の炭化水素の透過速度よりもはるかに高くなります。

ヘリウムは工業的に生産することはできず、精製することによってのみ得られます。物理実験では、原子崩壊によってごく少量ながら得ることができます。理論的には空気から抽出することも可能ですが、空気中のヘリウム含有量が少ないため、工業的には、約0.5%のヘリウムを含む天然ガスから、ヘリウム抽出装置を用いて分離、精製、浄化することでヘリウムを得ています。