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摘要：氦是自然界中含量最少的不可再生资源。主要分布在地幔、空气、一些矿石和天然气中。氦因其独特的物理性质，被广泛应用于半导体、光电子产品制造、摄影、军事、航空、医疗等行业，因此氦在国家安全和科学研究中发挥着非常重要的作用。氦在空气中含量很少，没有工业价值。虽然氦主要存在于天然气中，但在某些地区氦含量高达8%，因此从天然气中提取氦仍是氦的主要工业来源。
关键词：天然气提氦;制LNG;结合工艺
引言
目前，对于含氦气体，氦的提取方法有：吸附法、吸收法、扩散法、膜法、低温法、水合物法等。低温冷凝是目前天然气工业中从天然气中回收氦的主要方法。该方法主要利用氦气难以液化的特点，在深度冷却条件下，甲烷和部分氮气被液化，而氦气仍然是气态。粗氦低温分馏后，用其他工艺提纯粗氦，常采用压钯催化氧化脱氢法在工业上应用。通过对氦低温冷凝的研究，考虑了烷烃在低温冷却下冷凝、残余气体分馏而不液化粗氦的必要性，LNG萃取过程存在相似之处，因此可以将两个过程合并进行生产，達到节能高效利用能源的目的。
1、概述
氦主要来自地球大气的三面（1）：氦通过火山爆发、岩浆脱气、岩石风化释放到大气中;2）地壳物质：放射性核素（u）和钍（Th）在矿物和岩石中的放射性衰变，是地壳中氦的主要来源;（3）地幔物质：源于沿某些构造活动断层系统进入沉积地壳的地幔挥发物质。由于大气中的氦含量很低，天然气中的大气源氦通常可以忽略不计，因此，壳幔源是天然气中氦的主要来源，人们普遍认为，工业开采的氦资源大部分来自地壳材料。地壳中的氦可能是由于铀和钍矿物（例如花岗岩、火山岩、黑色页岩和砂岩）的α放射性衰变而产生的。作为岩石中的微量元素，从理论上讲，铀、钍、镭等放射性元素的衰变可以产生少量的氦（图1），并且随着地质的推移，氦可以在矿物空隙中不断积累，在形成一定压力的情况下，氦相对容易在矿物中释放出来，并且可以溶解和迁移在这个过程中，氦可以被回收，并与烷烃或二氧化碳一起转移，以在合适的阱中形成含氦气体歧管。来源于外壳的氦可能由铀和钍的衰变产生，但随着地质时间的推移，其含量非常低，具有重要意义。天然气中的氦主要是壳源氦，由岩石中铀、钍和其他放射性物质的衰变而成。影响富氦天然气聚集的主要因素见表1，壳源氦的形成过程主要由铀、钍的含量和累积衰变时间决定。通常，气藏中氦的浓度随着烃源岩和储集层地质年龄的增加而增加，同时，大多数富含氦的气藏发生在古生代或更老的地层中。氦从矿物中分离出来，由于分离出来的氦含量相对较低，氦只能与液体（如油、气、水和岩浆）一起迁移。与天然气结合形成氦气藏。随着时间的推移，氦可能在地壳中积累，并随天然气积累，富含氦的天然气的积累呈现出一定的规律：（1）氦含量与同一气田储层年龄的高度有关，根据美国矿务局进行的美国天然气储层调查，发现在所有含氦的天然气样品中，有（2）同一储层较高位置的氦含量比较富集，对美国气藏氦含量的研究表明，氦含量随着储层深度的增加而减少，氦主要聚集在500 - 5000米深度的储层中;（3） （3）富氦天然气成藏与氦及烃类气体的来源有关，氦气和天然气的相对生成量对富氦天然气藏的形成具。
2、NG的主要用途
（1）作为城市居民的碳酸清洁燃料，具有安全、方便、环境污染少的特点。2）可替代汽车燃料。在选择LNG作为发动机燃料的同时，汽车发动机只需要适度更换，不仅运行可靠，而且噪音和能耗也很小，尤其是在现代日益严格的排放法规中，以LNG为燃料，汽车尾气也得到了很大的改进。根据材料报告：与液化天然气相比，在相同的运行时间和时间标准下，中重型车辆LNG车辆的成本整体降低20 %，净重轻。此外，燃烧系统的设备成本也降低了至少2/3。可以证明，液化气体及其液体形式的储存和运输是促进其在燃料运输中使用的最经济、最合理的方法。（3）作为生产速冻食品的冷库，以及塑料、硫化橡胶等超低温粉碎形式，也可用于海水淡化设备和电缆冷却。（4）作为化石燃料的工业生产，它被用于玻璃灯泡厂、玻璃加工厂等领域。
3、LNG的运输方式
液化天然气的主要运输方式是货船、火车和油罐车。在500 - 800公里的经济发展和交通范围内，使用油罐车运输LNG是一种较为理想的方法。罐体用两层真空泵保温，并配有实际的工作阀保护系统和滴液软管。我国低温液体罐车生产技术比较全面，罐车应用安全。LNG产品储存在低温液体储罐中，并通过双壁真空进行隔离。LNG的日挥发性可控制在0.46%以内，保存期为4 ～ 7天。液化天然气是车辆的清洁燃料。在所有清洁燃料中，天然气因其完善的应用技术、可靠性和经济发展，被现阶段许多权威专家视为最适合车辆使用的动力。与汽油相比，其废气中HC减少了72 %，NO2减少了39 %，CO减少了90 %，SO2和Pb减少了0。噪音降低了40 %。因此，LNG燃料的销售和应用可以对减少污染和改善环境起到积极的作用。
4、天然气提氦与制LNG结合工艺研究
将从天然气中回收氦的工艺与LNG生产工艺相结合，通过一次冷却到节能、设备投资等效果，得到了粗氦以及2种LNG产品。另一种直接选择氮气作为制冷剂，三级压缩两级膨胀过程，而不选择另一种冷却方式，是为了提供氦提取所需的冷量，进一步节约设备和能耗。经HYSYS软件仿真，得到以下结论：（1）在满足过程运行要求的情况下，适当提高进入一级浓塔的原料气温度，氮气制冷剂低压，适当降低进入一级浓塔的原料气压力（2）制冷剂系列的变化对原料氦的体积分数影响不大，进入一级塔顶的原料气的温度和压力对原料氦的体积分数有一定的影响，而温度、压力过低，导致原料氦的体积分数显着下降。同时，一级浓缩塔的进料温度可能导致LNG液化系数显着降低。综合分析，一级塔的加载温度应不低于- 117℃，不高于- 113℃，加载压力应高于2.2 MPa。生产中应根据实际需求进行参数调节。（3）通过该工艺生产2种合格产品，最终可获得63.6%的粗氦体积分数，粗氦产量达到666.96千克/天，LNG液化率达到92.9%，产量达2.6×105kg/d。
结束语
简而言之，一种从天然气中回收氦的技术消耗巨大的能量，而且成本很高。基于我国氦资源的匮乏，联合采用不同氦提取方法，将天然气与LNG、NRU等区块生产进行整合，不仅提高了氦的提取和提取纯度，而且大大降低了氦提取成本和整体装置投资，经济效益显着，显示了广阔的应用前景。发展一体化氦提取方法，对实现我国天然气提取氦的自主性，保证氦的安全性，对国家具有重要意义。在整合方法研究中，提高集中度是重中之重，也是突破口。其次，我国还应加快氦保护法的建立，促进我国氦提取技术的进步。
参考文献
[1]李均方，何琳琳，柴露华.天然气提氦技术现状及建议[J].石油与天然气化工，2018，47（4）：41-44.
[2]余琪祥，史政，王登高，等.塔里木盆地西北部氦气富集特征与成藏条件分析[J].西北地质，2013，46（4）：215-222.
[3]张林.渭河盆地地热及伴生水溶气资源探索及远景预测[D].长安大学，2014.
[4]李玉宏，周俊林.点亮新希望—渭河盆地氦气资源远景调查成果概述[N].中国自然资源报，2018-10-16（5）.
[5]李玉宏.应从国家层面高度重视氦气资源调查及利用[N].中国自然资源报，2018-11-6（3）.
关键词：天然气提氦;制LNG;结合工艺
引言
目前，对于含氦气体，氦的提取方法有：吸附法、吸收法、扩散法、膜法、低温法、水合物法等。低温冷凝是目前天然气工业中从天然气中回收氦的主要方法。该方法主要利用氦气难以液化的特点，在深度冷却条件下，甲烷和部分氮气被液化，而氦气仍然是气态。粗氦低温分馏后，用其他工艺提纯粗氦，常采用压钯催化氧化脱氢法在工业上应用。通过对氦低温冷凝的研究，考虑了烷烃在低温冷却下冷凝、残余气体分馏而不液化粗氦的必要性，LNG萃取过程存在相似之处，因此可以将两个过程合并进行生产，達到节能高效利用能源的目的。
1、概述
氦主要来自地球大气的三面（1）：氦通过火山爆发、岩浆脱气、岩石风化释放到大气中;2）地壳物质：放射性核素（u）和钍（Th）在矿物和岩石中的放射性衰变，是地壳中氦的主要来源;（3）地幔物质：源于沿某些构造活动断层系统进入沉积地壳的地幔挥发物质。由于大气中的氦含量很低，天然气中的大气源氦通常可以忽略不计，因此，壳幔源是天然气中氦的主要来源，人们普遍认为，工业开采的氦资源大部分来自地壳材料。地壳中的氦可能是由于铀和钍矿物（例如花岗岩、火山岩、黑色页岩和砂岩）的α放射性衰变而产生的。作为岩石中的微量元素，从理论上讲，铀、钍、镭等放射性元素的衰变可以产生少量的氦（图1），并且随着地质的推移，氦可以在矿物空隙中不断积累，在形成一定压力的情况下，氦相对容易在矿物中释放出来，并且可以溶解和迁移在这个过程中，氦可以被回收，并与烷烃或二氧化碳一起转移，以在合适的阱中形成含氦气体歧管。来源于外壳的氦可能由铀和钍的衰变产生，但随着地质时间的推移，其含量非常低，具有重要意义。天然气中的氦主要是壳源氦，由岩石中铀、钍和其他放射性物质的衰变而成。影响富氦天然气聚集的主要因素见表1，壳源氦的形成过程主要由铀、钍的含量和累积衰变时间决定。通常，气藏中氦的浓度随着烃源岩和储集层地质年龄的增加而增加，同时，大多数富含氦的气藏发生在古生代或更老的地层中。氦从矿物中分离出来，由于分离出来的氦含量相对较低，氦只能与液体（如油、气、水和岩浆）一起迁移。与天然气结合形成氦气藏。随着时间的推移，氦可能在地壳中积累，并随天然气积累，富含氦的天然气的积累呈现出一定的规律：（1）氦含量与同一气田储层年龄的高度有关，根据美国矿务局进行的美国天然气储层调查，发现在所有含氦的天然气样品中，有（2）同一储层较高位置的氦含量比较富集，对美国气藏氦含量的研究表明，氦含量随着储层深度的增加而减少，氦主要聚集在500 - 5000米深度的储层中;（3） （3）富氦天然气成藏与氦及烃类气体的来源有关，氦气和天然气的相对生成量对富氦天然气藏的形成具。
2、NG的主要用途
（1）作为城市居民的碳酸清洁燃料，具有安全、方便、环境污染少的特点。2）可替代汽车燃料。在选择LNG作为发动机燃料的同时，汽车发动机只需要适度更换，不仅运行可靠，而且噪音和能耗也很小，尤其是在现代日益严格的排放法规中，以LNG为燃料，汽车尾气也得到了很大的改进。根据材料报告：与液化天然气相比，在相同的运行时间和时间标准下，中重型车辆LNG车辆的成本整体降低20 %，净重轻。此外，燃烧系统的设备成本也降低了至少2/3。可以证明，液化气体及其液体形式的储存和运输是促进其在燃料运输中使用的最经济、最合理的方法。（3）作为生产速冻食品的冷库，以及塑料、硫化橡胶等超低温粉碎形式，也可用于海水淡化设备和电缆冷却。（4）作为化石燃料的工业生产，它被用于玻璃灯泡厂、玻璃加工厂等领域。
3、LNG的运输方式
液化天然气的主要运输方式是货船、火车和油罐车。在500 - 800公里的经济发展和交通范围内，使用油罐车运输LNG是一种较为理想的方法。罐体用两层真空泵保温，并配有实际的工作阀保护系统和滴液软管。我国低温液体罐车生产技术比较全面，罐车应用安全。LNG产品储存在低温液体储罐中，并通过双壁真空进行隔离。LNG的日挥发性可控制在0.46%以内，保存期为4 ～ 7天。液化天然气是车辆的清洁燃料。在所有清洁燃料中，天然气因其完善的应用技术、可靠性和经济发展，被现阶段许多权威专家视为最适合车辆使用的动力。与汽油相比，其废气中HC减少了72 %，NO2减少了39 %，CO减少了90 %，SO2和Pb减少了0。噪音降低了40 %。因此，LNG燃料的销售和应用可以对减少污染和改善环境起到积极的作用。
4、天然气提氦与制LNG结合工艺研究
将从天然气中回收氦的工艺与LNG生产工艺相结合，通过一次冷却到节能、设备投资等效果，得到了粗氦以及2种LNG产品。另一种直接选择氮气作为制冷剂，三级压缩两级膨胀过程，而不选择另一种冷却方式，是为了提供氦提取所需的冷量，进一步节约设备和能耗。经HYSYS软件仿真，得到以下结论：（1）在满足过程运行要求的情况下，适当提高进入一级浓塔的原料气温度，氮气制冷剂低压，适当降低进入一级浓塔的原料气压力（2）制冷剂系列的变化对原料氦的体积分数影响不大，进入一级塔顶的原料气的温度和压力对原料氦的体积分数有一定的影响，而温度、压力过低，导致原料氦的体积分数显着下降。同时，一级浓缩塔的进料温度可能导致LNG液化系数显着降低。综合分析，一级塔的加载温度应不低于- 117℃，不高于- 113℃，加载压力应高于2.2 MPa。生产中应根据实际需求进行参数调节。（3）通过该工艺生产2种合格产品，最终可获得63.6%的粗氦体积分数，粗氦产量达到666.96千克/天，LNG液化率达到92.9%，产量达2.6×105kg/d。
结束语
简而言之，一种从天然气中回收氦的技术消耗巨大的能量，而且成本很高。基于我国氦资源的匮乏，联合采用不同氦提取方法，将天然气与LNG、NRU等区块生产进行整合，不仅提高了氦的提取和提取纯度，而且大大降低了氦提取成本和整体装置投资，经济效益显着，显示了广阔的应用前景。发展一体化氦提取方法，对实现我国天然气提取氦的自主性，保证氦的安全性，对国家具有重要意义。在整合方法研究中，提高集中度是重中之重，也是突破口。其次，我国还应加快氦保护法的建立，促进我国氦提取技术的进步。
参考文献
[1]李均方，何琳琳，柴露华.天然气提氦技术现状及建议[J].石油与天然气化工，2018，47（4）：41-44.
[2]余琪祥，史政，王登高，等.塔里木盆地西北部氦气富集特征与成藏条件分析[J].西北地质，2013，46（4）：215-222.
[3]张林.渭河盆地地热及伴生水溶气资源探索及远景预测[D].长安大学，2014.
[4]李玉宏，周俊林.点亮新希望—渭河盆地氦气资源远景调查成果概述[N].中国自然资源报，2018-10-16（5）.
[5]李玉宏.应从国家层面高度重视氦气资源调查及利用[N].中国自然资源报，2018-11-6（3）.