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你可能不知道的工业氦气的应用及制造过程

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你可能不知道的工业氦气的应用及制造过程

发布日期:2020-12-31 作者: 点击:

氦被认为是一种气体,用于提升、呼吸、泄漏检测、屏蔽、惰性和冷却液体。许多行业可以从其特别的性能中受益,以优化性能和生产率,降低劳动力成本,并使运营更加安全。下面是工业氦气的应用及制造过程。

应用

1.低温冷却 用途:氦气广泛用于磁悬浮列车和医学核磁共振(NMR)成像设备。

2.气球使用:为生日派对或庆典的气球充气或为飞艇充气。

3.检查分析:氦气广泛用于真空检漏,例如氦质谱检漏仪。

4.保护气体:氦气常用作 镁,锆和铝,钛等金属的焊接保护气体。

制造过程

氦气通常是天然气加工的副产品。天然气含有甲烷和其他碳氢化合物,它们是天然气燃烧时热能的主要来源。大多数天然气矿床还含有少量的氮气、水蒸气、二氧化碳、氦气和其他不可燃物质,这降低了气体的潜在热能。为了生产具有可接受的热能水平的天然气,须除去这些杂质。这个过程叫做升级。

升级天然气有几种方法。当气体中氦的体积含量超过约0.4%时,通常使用低温蒸馏法来回收氦含量。一旦氦气从天然气中分离出来,就要经过进一步的提炼,使其纯度达到99.99+%才能用于商业用途。

以下是提取和处理氦的典型操作顺序。

预处理

因为这种方法利用极冷的低温部分作为过程的一部分,所有可能凝固的杂质——如水蒸气、二氧化碳和某些重烃——须首先在预处理过程中从天然气中去除,以防止它们堵塞低温管道。

天然气被加压至约800磅/平方英寸(5.5兆帕或54个大气压)。然后它流入洗涤器,在那里受到单乙醇胺的喷雾,吸收二氧化碳并将其带走。

气流通过分子筛,分子筛将较大的水蒸气分子从气流中分离出来,同时让较小的气体分子通过。水被反冲洗出筛子并被移除。

当气体通过活性炭床时,气流中的任何重烃都被收集在活性炭床的表面。活性炭定期充电。气流现在主要包含甲烷和氮气,以及少量的氦气、氢气和氖气。

工业氦气

分离

氦气供应商表示,天然气通过称为分馏的蒸馏过程被分离成主要成分。有时这个名字被简称为分馏,用于进行这种分离的垂直结构被称为分馏塔。在分馏过程中,氮气和甲烷分两个阶段分离,留下含高比例氦气的混合气体。在每个阶段,每种组分的浓度水平或分数增加,直到分离完成。在天然气中

工业上,这一过程有时被称为排氮,因为它的主要功能是从天然气中去除过量的氮气。

气流通过板翅式热交换器的一侧,而来自低温部分的非常冷的甲烷和氮气通过另一侧。进入的气流被冷却,而甲烷和氮气被加热。

气流然后通过膨胀阀,使气体快速膨胀,同时压力降至约145-360磅/平方英寸(1.0-2.5兆帕或10-25大气压)。这种快速膨胀将气流冷却到甲烷开始液化的程度。

气流——现在部分是液体,部分是气体——进入高压分馏塔的底部。当气体向上穿过塔内的内部挡板时,它会损失额外的热量。甲烷继续液化,在塔的底部形成富含甲烷的混合物,而大多数氮气和其他气体流向顶部。

液体甲烷混合物,称为粗甲烷,从高压塔底部抽出,在粗过冷器中进一步冷却。然后通过第贰个膨胀阀,在进入低压分馏塔之前,将压力降至约22磅/平方英寸(150千帕或1.5大气压)。当液态甲烷沿着塔向下流动时,大部分剩余的氮气被分离出来,留下一种不超过大约4%的氮气和剩余的甲烷的液体。这种液体被抽走,加热,蒸发成为升级的天然气。气态氮通过管道从低压塔顶部排出,或者排出,或者被收集用于进一步处理。

同时,来自高压塔顶部的气体在一个一旦从天然气中分离出来,粗氦就在多阶段过程中进行纯化,根据粗氦的纯度和产品的预期用途,该过程包括几种不同的分离方法。

冷凝器。大部分氮气冷凝成蒸汽,被送入低压塔的顶部。剩下的气体叫做粗氦。它含有大约50-70%的氦,1-3%的未液化甲烷,少量的氢和氖,其余为氮。

分布

氦在常温下以气体的形式分布,在非常低的温度下以液体的形式分布。气态氦以900-6000磅/平方英寸(6-41兆帕或60-410大气压)的压力分布在锻钢或铝合金钢瓶中。大量的液氦分布在容量高达14,800加仑(56,000升)的隔热容器中。

氦气生产厂家表示,如果氦要被液化,或者如果需要更高的纯度,氖和任何痕量杂质都可以通过将气体通过一个活性炭床来去除氦在常温下以气体的形式分布,在非常低的温度下以液体的形式分布。

低温吸附器在大约-423℉(-253℃)下运行。Z后一步可以达到99.999%或更高的纯度。

工业氦气然后通过管道进入液化器,在液化器中通过一系列热交换器和膨胀器。随着它逐渐冷却和膨胀,它的温度下降到大约-452华氏度(-269摄氏度),它液化。

大量的液氦通常装在不通风的加压容器中运输。如果装运在大陆内,装运时间通常不到一周。在这种情况下,液氦被放在由卡车牵引车牵引的大型隔热罐式拖车中。罐体由两个外壳构成,在内壳和外壳之间有一个真空空间,以减缓热量损失。在真空空间内,多层反射箔进一步阻止热量从外部流动。对于海外的长期运输,氦被放在特殊的集装箱里。除了提供隔热的真空空间,这些容器还有第贰个充满液氮的外壳,以吸收外部热量。当热量被吸收时,液氮蒸发并排出。

 


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