[发明专利]氧化法结合膜分离制备氦气的方法

说明书

本发明涉及提氦领域，公开了一种氧化法结合膜分离制备氦气的方法，该方法包括：(1)将含有氦气的原料气进行氧化处理得到混合物I；(2)将所述混合物I依次进行脱水处理、除氧处理以得到混合物II；(3)将所述混合物II经过至少一级膜进行膜分离提纯以制得纯化氦气。该方法避免了深冷技术对设备和能耗的极高要求，可较大幅度的降低建设和运行成本，使得纯化氦气制备过程更加经济。

技术领域

本发明涉及提氦领域，具体地，涉及氧化法结合膜分离制备氦气的方法。

背景技术

氦气的化学性质极为稳定，具有很强的扩散性、良好的导热性、低溶解度及低蒸发潜热等特殊性，是一种非常重要的工业气体。由于其独特的性质，氦气在低温、航天、电子工业、生物医疗和核设施等领域应用广泛，是国家安全和高技术产业发展的重要基本物资之一。随着经济的不断发展，我国对氦气需求也快速增长。目前，我国氦气主要依赖于进口；为了满足我国经济发展对氦气资源的需求及我国国防安全的战略需求，急需开发低能耗制备高浓度氦气的方法。

提氦工艺分为深冷工艺和非深冷工艺。深冷工艺是目前工业化常用的方法。深冷工艺在天然气提氦的过程中，存在着对设备的设计制造要求苛刻，建设和运行成本较高和能耗高等问题，同时，经济效益方面也不具有竞争力。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有深冷工艺中存在的设备苛刻、成本较高和能耗高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种氧化法结合膜分离制备氦气的方法，该方法包括：

(1)将含有氦气的原料气进行氧化处理得到混合物I；

(2)将所述混合物I依次进行脱水处理、除氧处理以得到混合物II；

(3)将所述混合物II经过至少一级膜进行膜分离提纯以制得纯化氦气。

传统的深冷技术要将氦气与甲烷、氮气等气体进行分离，需要将气体冷却到零下190℃以下的低温才能实现，另外，原料气中有氢气存在时，由于氢气与氦气的冷凝温度都非常低，因此其分离效果不好，难以制备出高纯的氦气。

然而，本发明首先通过氧化法(优选燃烧法)将原料气中的甲烷等轻烃类、氢气转变为二氧化碳和水蒸气，由于二氧化碳和水蒸气与氦气的物理和化学性质差距较大，能够通过脱水处理、除氧处理、膜分离将水汽、氧气与氦气分离；然后通过膜分离操作，将原料其中的氮气、二氧化碳、水汽和氧气等与氦气分离，最终制备出氦气产物；通过本发明制得氦气产物的纯度均在90体积％以上，大部分的实施方式中的氦气产物的纯度能够高达99体积％以上。

进一步地，本发明提供的方法中的膜分离具有能耗低、投资成本低、运行稳定、条件温和等优势，能够大大降低氦气分离过程的能耗；并且制备的氦气浓度不会受到氢气的影响，能够达到较高的浓度。特别地，膜分离能够直接在常温低压的条件下操作将氦气提浓，避免了深冷技术对设备和能耗的极高要求，能较大幅度的降低建设和运行成本，使得氦气制备过程更加经济。

本发明解决氦气提纯的难题，能够对包括天然气、油田伴生气、化工等废气等氦气资源实现高效利用，制备出的纯化氦气的价值非常高，具有非常广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明提供的氧化法结合膜分离制备氦气的方法的优选实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供了一种氧化法结合膜分离制备氦气的方法，该方法包括：

(1)将含有氦气的原料气进行氧化处理得到混合物I；