王玉杰，李申辉，赵之平

（1中国石化北京化工研究院，北京 100013； 2 北京理工大学化学与化工学院，北京 102488）

引 言

He 由于其化学惰性、分子量小、低沸点以及高导热性等特点，广泛用于航空航天、低温超导、医疗等 领 域[1]。从 液 化 天 然 气（liquefied natural gas，LNG）的不凝尾气中提取He，是He 资源化利用的新兴领域[2]。LNG 工厂的泡点气因富集了He、Ar 等稀有气体，是优良的稀有气体原料，通过对泡点气进行分离来生产He 具有较好的发展前景[3]。此外，泡点气中还含有大量H2、N2、CH4等杂质气体，对于N2、CH4等杂质气体可通过高压冷凝等办法来除去[4]，但H2由于难以液化被浓缩在粗He 中, 其中H2的摩尔分数在7%～40%不等[2]，并需要在粗He 精制前将H2除去。工业上一般采用催化氧化脱氢法来去除H2[5]，但化学方法往往伴随着催化剂的失活、反应剂的消耗和H2的不可再生等问题。因此，采用物理的膜分离及吸附分离等方法来分离H2是一种更为绿色环保的手段。

对于膜分离而言，Antunes 等[6]在压力为7 bar（1 bar=105Pa）的条件下，研究了MFI-ZSM 沸石分子筛膜对H2∕He 混合物的分离能力，结果表明纯H2及纯He 的通量比仅为1.88 ± 0.03。Simplicio 等[7]通过MFI 型沸石分子筛中空纤维膜分离He 摩尔分数约为99.9%的H2∕He 混合物，依据环境温度的差异，纯H2与纯He 的通量比最高可达2.31。Favvas 等[8]研究了活性炭中空纤维膜对H2、He、CO2、O2和CH45种气体两两组合所形成混合物的分离能力，并指出随着气体分子分子动力学直径的上升，气体通量有下降趋势，且纯H2及纯He 的通量比接近于1，这表明H2及He由于其相近的分子动力学直径，较难依靠尺寸筛分的方法进行膜分离。

然而，依据H2及He 在极性上的差异，理论上能够通过两者与吸附材料相互作用强度的差异来进行吸附分离。……