Heliumextractie-installatie voor het winnen van helium uit aardgas

Momenteel omvatten de processen voor heliumwinning uit aardgas hoofdzakelijk de cryogene methode, de adsorptiemethode, de membraanscheidingsmethode of een combinatie van twee of drie van deze methoden. De zuiverheid van het heliumproduct dat met een heliumwinninginstallatie wordt gewonnen, kan 99,9999% bedragen.

(1) Cryogene methode

Cryogene destillatie is een veelgebruikte methode in de meeste middelgrote tot grote installaties voor de winning van helium uit aardgas. Het principe is om vloeibare stikstof (ongeveer -190 ℃) als koelmiddel te gebruiken om koolwaterstoffen en andere componenten in aardgas geleidelijk te condenseren. Door het extreem lage kookpunt van helium wordt het uiteindelijk gescheiden van de andere componenten in het aardgas. Dit is een gangbare methode in het heliumextractieproces.

(2) Drukschommelingsadsorptiemethode

Het drukschommelingsadsorptieproces (PSA) maakt gebruik van verschillende adsorptiematerialen om andere componenten dan helium in aardgas te adsorberen, waardoor heliumproducten worden afgescheiden. PSA-adsorptietorens zijn doorgaans uitgerust met scheidingsbedden van verschillende adsorptiematerialen om de verschillende componenten in aardgas te verwerken, zoals silicagel- of aluminiumoxidebedden voor het verwijderen van water, actieve koolbedden voor het verwijderen van kooldioxide, zeolietbedden voor het verwijderen van methaan en stikstof, enzovoort. Nadat het adsorptiemateriaal het onzuivere gas heeft verzadigd, kunnen methoden zoals drukverlaging door terugblazen of vacuümpompen worden gebruikt om het onzuivere gas te verwijderen en de activiteit van het adsorptiemateriaal te herstellen.

(3) Membraanscheidingsmethode

Gasseparatiemembranen zijn een relatief nieuwe scheidingstechnologie. Gascomponenten ondergaan massatransport op polymeerfilms (zoals acetaatvezels, polypropyleen, polysulfon, polyimide, enz.) op basis van het principe van oplossen en diffusie. De scheiding van elke component wordt bereikt op basis van de verschillende oplosbaarheid en diffusiesnelheden van de verschillende gascomponenten in het membraanmateriaal. Wanneer twee of meer gasmengsels door een polymeerfilm stromen, is de permeatiesnelheid van componenten zoals helium en waterstof veel hoger dan die van stikstof, methaan en andere koolwaterstoffen.

Helium kan niet industrieel worden geproduceerd, het kan alleen worden gezuiverd. In natuurkundige experimenten kan het worden verkregen door atoomverval, maar in zeer kleine hoeveelheden. Theoretisch kan het uit de lucht worden gewonnen, maar vanwege het lage heliumgehalte in de lucht kan helium industrieel worden gewonnen uit aardgas met een heliumgehalte van ongeveer 0,5% door middel van scheiding, raffinage en zuivering met behulp van heliumextractie-installaties.