Skid de extração de hélio para extrair hélio do gás natural.

Atualmente, os processos de extração de hélio do gás natural incluem principalmente o método criogênico, o método de adsorção, o método de separação por membrana ou uma combinação de dois ou três desses três métodos. A pureza do hélio produzido pelo sistema de extração de hélio pode atingir 99,9999%.

(1) Método criogênico

A destilação criogênica é um método comumente utilizado na maioria das plantas de recuperação de hélio de gás natural de médio a grande porte. O princípio consiste em utilizar nitrogênio líquido como refrigerante (aproximadamente -190 °C) para condensar gradualmente os hidrocarbonetos e outros componentes do gás natural. Devido ao ponto de ebulição extremamente baixo do hélio, ele é finalmente separado dos demais componentes do gás natural. Este é um método comum no processo de extração de hélio.

(2) Método de Adsorção por Oscilação de Pressão

O processo de adsorção por oscilação de pressão (PSA) utiliza diferentes adsorventes para adsorver componentes do gás natural além do hélio, separando-o assim dos produtos derivados do hélio. Geralmente, as torres de adsorção PSA são equipadas com leitos de separação compostos por diferentes materiais adsorventes para lidar com os diversos componentes do gás natural, como leitos de sílica gel ou alumina para remoção de água, leitos de carvão ativado para remoção de dióxido de carbono, leitos de zeólita para remoção de metano e nitrogênio, entre outros. Após a saturação do adsorvente com o gás impuro, métodos como retrolavagem por despressurização ou bombeamento a vácuo podem ser utilizados para remover o gás impuro e restaurar a atividade do adsorvente.

(3) Método de separação por membrana

A membrana de separação de gases é uma tecnologia de separação relativamente nova. Os componentes gasosos sofrem transferência de massa em filmes poliméricos (como fibras de acetato, polipropileno, polisulfona, poliimida, etc.) com base no princípio da dissolução-difusão. A separação de cada componente é alcançada de acordo com a solubilidade e as taxas de difusão diferentes dos componentes gasosos no material da membrana. Quando duas ou mais misturas gasosas passam por um filme polimérico, a taxa de permeação de componentes como hélio e hidrogênio é muito maior do que a de nitrogênio, metano e outros hidrocarbonetos.

O hélio não pode ser produzido industrialmente, apenas purificado. Em experimentos de física, ele pode ser obtido por meio do decaimento atômico, mas em quantidades muito pequenas. Teoricamente, pode ser extraído do ar, mas devido ao baixo teor de hélio no ar, o hélio pode ser obtido industrialmente a partir do gás natural, que contém cerca de 0,5% de hélio, por meio de separação, refino e purificação em dispositivos de extração de hélio.