如何制取氦氣

文章出處：責任編輯：人氣：-發(fā)表時間：2025-01-07 09:27:06【大中小】

如何制取氦氣

高純氦氣

氦氣制取主要有以下幾種方法：
1. 天然氣分離法
原理：天然氣中含有一定量的氦氣。這種方法主要是基于不同氣體在低溫液化過程中的沸點差異來實現(xiàn)分離。氦氣的沸點非常低（約 - 268.93℃），是所有氣體中沸點最低的之一。在對天然氣進行逐步降溫液化的過程中，其他沸點較高的氣體（如甲烷、乙烷等）會先液化，而氦氣則依然保持氣態(tài)，從而可以將其分離出來。
步驟：
預處理：首先對天然氣進行預處理，包括除去其中的雜質，如硫化氫、二氧化碳和水分等。這些雜質的去除通常采用化學吸收、吸附或過濾等方法。例如，使用胺類溶劑來吸收硫化氫，利用干燥劑（如分子篩）去除水分。
液化分離：經過預處理后的天然氣被冷卻到低溫，在這個過程中，天然氣中的大部分成分會逐漸液化。冷卻過程一般是通過多級冷卻系統(tǒng)來實現(xiàn)，利用制冷循環(huán)逐步降低溫度。當溫度降低到一定程度時，除氦氣以外的大部分氣體都已液化，此時可以收集未液化的氦氣。
提純精制：分離出來的氦氣還需要進行進一步的提純，以去除其中殘留的少量其他氣體成分。這可以通過吸附、低溫精餾等方法來完成。例如，利用活性炭吸附柱吸附氦氣中殘留的少量雜質氣體，提高氦氣的純度。
2. 空分法
原理：空氣中含有約 0.00052% 的氦氣。空分法是利用空氣中各組分沸點不同，在低溫下將空氣液化后，通過精餾等方法分離出氦氣。不過，由于空氣中氦氣含量極低，這種方法制取氦氣的成本相對較高。
步驟：
空氣壓縮和凈化：首先將空氣進行壓縮，使其壓力升高到一定程度，以便后續(xù)的液化過程。同時，對空氣進行凈化，去除其中的雜質，如灰塵、水分和二氧化碳等。二氧化碳可以通過堿液吸收等方式去除，水分則可以使用冷凍干燥或吸附干燥的方法除去。
空氣液化：經過壓縮和凈化后的空氣通過換熱器與低溫制冷劑進行熱交換，被冷卻到接近其液化溫度。然后，利用膨脹機等設備使空氣進一步降溫并液化。液化后的空氣進入精餾塔。
精餾分離：在精餾塔中，根據(jù)不同氣體的沸點差異，通過多次部分汽化和部分冷凝的過程，將各種氣體逐步分離。氦氣由于沸點最低，會在精餾塔的頂部富集。但是由于空氣中氦氣含量很低，要得到高純度的氦氣還需要經過復雜的多級精餾和提純過程。
3. 放射性礦物衰變法
原理：某些放射性礦物（如鈾礦和釷礦）在衰變過程中會產生氦氣。這是因為放射性元素衰變時會釋放出 α 粒子，α 粒子實際上就是氦 - 4 原子核。當這些 α 粒子獲得電子后就形成了氦原子。不過，這種方法制取的氦氣產量較低，而且還會受到放射性物質管理等諸多限制。
步驟：
礦物開采和處理：首先要開采含有放射性元素的礦石，然后對礦石進行破碎、研磨等處理，以增大礦石的表面積，方便后續(xù)的氦氣提取過程。在處理過程中，需要采取嚴格的輻射防護措施，防止放射性物質對人體和環(huán)境造成危害。
氦氣收集和提純：經過處理的礦石被放置在密封的容器中，讓氦氣自然產生并積累。由于產生的氦氣中可能夾雜著其他放射性衰變產物和礦石中的雜質氣體，需要通過吸附、過濾等方法對氦氣進行提純。但是，由于這種方法得到的氦氣純度較低，而且產量有限，一般只在一些特殊的研究或小規(guī)模應用場景中使用。

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