氦气紧缺，如何“开源”？节流之外的答案：安捷伦 GC 助力天然气提氦

2026-05-20 10:30:37, 安捷伦科技安捷伦科技（中国）有限公司

背景

在全球氦气供应趋紧、价格上行背景下，稳定获取氦气正成为高端制造领域的现实挑战。在高度依赖进口的背景下，天然气提氦正成为提升我国氦气保障能力的关键路径。无论是富氦天然气提取，还是依托 LNG 装置从闪蒸气（BOG）中回收氦气，都离不开对气体组成的精准、稳定检测。高可靠性的天然气提氦检测方案，已成为项目高效运行和氦气稳定回收的核心保障。

天然气提氦项目中，对气相色谱有哪些关键需求？安捷伦提供特色分析方案！

天然气提氦并不是简单的“分离”过程，而是一套贯穿资源评价、工艺设计、过程控制和产品质控的系统工程。

在这一过程中，气相色谱 GC 承担着关键角色：

判断天然气井口样品是否具有商业提氦价值；

分析甲烷、氮气、二氧化碳等主要组分，为 LNG 联产、NGL 回收及气体净化方案提供依据；

监测硫化物、水、重烃等关键杂质，保护低温分离设备；

对高纯氦产品中的微量杂质进行质量把关。

因此，一套稳定可靠的 GC 分析方案，直接关系到天然气提氦项目的工艺效率、运行安全和产品质量。

勘探开发阶段，由组分分析评估提氦价值

天然气提氦的第一步，是判断气源是否值得开发。在勘探和开发阶段，需要通过 GC 准确测定天然气井口样品中的氦气含量，同时分析甲烷、氮气、二氧化碳等组分。氦气含量是评估气田商业提氦价值的重要依据，而其他组分数据则为后续工艺路线设计提供基础支撑。

针对天然气组成分析，安捷伦可提供成熟的气相色谱解决方案：

Agilent 8890/8860 GC

适用于经典天然气全组分分析，具备良好的稳定性和扩展能力，可满足实验室对高可靠性分析。

Agilent 990 Micro GC

适用于快速天然气组成分析，可在约 2 分钟内完成天然气快速分析，尤其适合需要高通量、快速反馈的应用场景。

图 1. 经典天然气全组分分析

图 2. 快速天然气组成分析

工艺运行阶段：杂质控制决定装置稳定性

目前，天然气提取氦气的主流工艺中，低温精馏法是应用广泛且技术成熟的核心路线，并常与膜分离、变压吸附等技术耦合，以提升整体效率和经济性。其基本原理是利用天然气中不同组分沸点差异实现分离。氦气沸点极低，仅约 -268.9 ℃，而甲烷、氮气等组分的沸点明显不同，这为深冷分离提供了物理基础。然而，深冷工艺对原料气洁净度要求极高。天然气中常见的二氧化碳、硫化氢、水、汞以及 C₃ 以上重烃等杂质，可能在低温条件下冻结，导致管线、阀门、换热器堵塞，甚至引发设备腐蚀。

因此，在进入深冷单元前，必须对关键杂质进行严格控制。其中，硫化物分析尤为重要。安捷伦可采用 SCD 硫化学发光检测器进行硫化物检测，支持 ppb 级别硫化物分析，为工艺安全和设备保护提供高灵敏度数据支持。同时，安捷伦还可通过 FID-SCD 联用技术，降低烃类组分对硫化物检测的影响，帮助用户获得更稳定、更可靠的长期检测结果。

SCD-FID 串联，稳定性跃升：独特的串联设计利用 FID 提前燃烧消除烃类干扰，大幅降低基线波动，让 SCD 表现更稳定，数据更可靠。

双 SCD 配置，支持创新双路检测，一路专攻痕量 ppb 级超低硫分析，另一路胜任 ppm 级常量检测。避免了同一流路交叉污染的问题，满足不同浓度需求。

图 3. SCD-硫化物混标色谱图

高纯氦产品阶段：从“提得出”到“纯度达标”

天然气提氦的最终目标，不只是获得氦气，更是获得符合应用要求的高纯氦产品。对于 99.999% 级别的高纯氦，总杂质含量需控制在 ppm 级别。因此，需要对产品气中的微量杂质进行全面分析，包括氖、氢、氧、氮、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等。其中，氖 Ne 是高纯氦分析中的难点之一。由于氖与氦的物理性质相近，分离和检测难度较高，需要具备良好分离能力和高灵敏度的分析系统。针对高纯氦产品分析，安捷伦可提供多种检测配置：

使用 990 Micro GC 支持高效快速分析；

针对其他气体杂质，可采用氦离子化检测器进行高灵敏度检测；

根据用户需求，灵活搭建适合不同纯度等级和检测指标的分析方案。

图 4. 20 m CP-MolSieve 5Å 通道分析 20ppmNe、27.4ppmH₂、34ppmAr、23.8ppmO₂ 所得色谱图

图 5. 氦离子化-高纯氦气分析混标色谱图

安捷伦 GC 解决方案：

覆盖天然气提氦全流程

从气源评价到过程控制，再到高纯氦产品质控，安捷伦可为天然气提氦提供完整的气相色谱解决方案。

天然气全组分分析

安捷伦 8890/8860 GC 可按照天然气组成分析相关方法，实现对天然气全组分的稳定检测。系统不仅延续了智能化气相色谱平台的稳定性，也充分考虑用户日常使用和维护便利性。例如，可提供多柱箱方案，实现分子筛柱单独老化，降低维护难度，提升系统长期运行稳定性。

快速过程分析

Agilent 990 Micro GC 具备快速分析能力，可在约 2 分钟内完成天然气组成分析，适合天然气提氦过程中的快速筛查和过程监控。其 TCD 检测器灵敏度较高，可支持 ppm 级别组分分析。

痕量硫分析

在纯化和深冷分离前端，安捷伦 SCD 检测器可实现 ppb 级别硫化物检测，帮助用户及时发现潜在风险，保护低温设备安全运行。同时，SCD 配置灵活，可根据不同应用需求实现双 SCD、SCD-FID 串联等多种配置，为复杂样品中的硫化物分析提供更多选择。

高纯氦杂质分析

针对高纯氦产品中 ppm 甚至更低水平的杂质检测，安捷伦可结合 Micro GC、氦离子化等配置，帮助用户实现从常量组分到痕量杂质的全面把关。

天然气无色无味，泄漏难察觉，当泄漏浓度达到一定值时，会发生爆炸。为保障安全，行业中广泛采用四氢噻吩（THT）作为加臭剂，它气味易辨识、化学性质稳定且不腐蚀管道，是守护用气安全的“第一道防线”。然而，受管道吸附及天然气杂质等因素影响，THT 浓度可能随时间衰减，导致气味变淡、警示作用下降。因此，定期精准监测 THT 浓度至关重要！

安捷伦采用 990Micro GC 为您提供专业的加臭剂浓度监测方案（THT 检测限可达 1ppm），不仅能确保泄漏警示始终有效，保障用气安全；更能通过精准控制，在维持安全底线的前提下将 THT 用量降至最低，助您实现安全与成本的双赢。

图 6. 6 m CP-Sil 19 CB 色谱柱通道分析 4 ppm THT 所得色谱图

结语

安捷伦气相色谱解决方案，为天然气提氦提供稳定、可信的数据，持续助力氦气“开源”。