Hệ thống chiết xuất heli dùng để tách heli từ khí tự nhiên.

Hiện nay, các quy trình chiết xuất heli từ khí tự nhiên chủ yếu bao gồm phương pháp đông lạnh, phương pháp hấp phụ, phương pháp tách màng, hoặc sự kết hợp của hai hoặc ba trong ba phương pháp này. Độ tinh khiết của heli thành phẩm từ hệ thống chiết xuất heli có thể đạt 99,9999%.

(1) Phương pháp đông lạnh

Chưng cất đông lạnh là phương pháp thường được sử dụng trong hầu hết các nhà máy thu hồi heli từ khí tự nhiên quy mô vừa và lớn. Nguyên tắc là sử dụng nitơ lỏng làm chất làm lạnh (khoảng -190 ℃) để ngưng tụ dần dần các hydrocacbon và các thành phần khác trong khí tự nhiên. Do điểm sôi cực thấp của heli, cuối cùng nó được tách ra khỏi các thành phần khác trong khí tự nhiên. Đây là một phương pháp phổ biến trong quá trình chiết xuất heli.

(2) Phương pháp hấp phụ dao động áp suất

Quá trình hấp phụ dao động áp suất (PSA) sử dụng các chất hấp phụ khác nhau để hấp phụ các thành phần khác ngoài heli trong khí tự nhiên, từ đó tách các sản phẩm heli. Nói chung, các tháp hấp phụ PSA được trang bị các lớp tách bằng các vật liệu hấp phụ khác nhau để xử lý các thành phần khác nhau trong khí tự nhiên, chẳng hạn như lớp silica gel hoặc alumina để loại bỏ nước, lớp than hoạt tính để loại bỏ carbon dioxide, lớp zeolite để loại bỏ metan và nitơ, v.v. Sau khi chất hấp phụ bão hòa khí tạp chất, các phương pháp như thổi ngược giảm áp hoặc bơm chân không có thể được sử dụng để loại bỏ khí tạp chất và khôi phục hoạt tính của chất hấp phụ.

(3) Phương pháp tách màng

Màng tách khí là một công nghệ tách tương đối mới. Các thành phần khí trải qua quá trình truyền khối trên màng polymer (như sợi axetat, polypropylen, polysulfon, polyimide, v.v.) dựa trên nguyên lý khuếch tán hòa tan. Sự tách biệt của từng thành phần được thực hiện dựa trên độ hòa tan và tốc độ khuếch tán khác nhau của các thành phần khí khác nhau trong vật liệu màng. Khi hai hoặc nhiều hỗn hợp khí đi qua màng polymer, tốc độ thẩm thấu của các thành phần như heli và hydro cao hơn nhiều so với nitơ, metan và các hydrocacbon khác.

Heli không thể được sản xuất trong công nghiệp, nó chỉ có thể được tinh chế. Trong các thí nghiệm vật lý, nó có thể được thu được thông qua sự phân rã nguyên tử, nhưng với số lượng rất nhỏ. Về lý thuyết, nó có thể được chiết xuất từ ​​không khí, nhưng do hàm lượng heli trong không khí thấp, heli chỉ có thể được thu được từ khí tự nhiên chứa khoảng 0,5% heli trong công nghiệp thông qua quá trình tách, tinh chế và làm sạch bằng các thiết bị chiết xuất heli.