氦氣

氦氣

氦氣,英文名為Helium,符號為He,無色無味,不可燃氣體,空氣中的含量約為百萬分之5.2。化學性質不活潑,通常狀態下不與其它元素或化合物結合。1908年7月10日,荷蘭物理學家昂尼斯首次液化了氦氣。

  • 中文名稱
    氦氣
  • 化學式
    He
  • CAS登錄號
    275-187-7
  • 面板
    無色
  • 蒸發熱
    20.4kJ/kg(沸點)
  • 熔點
    1.0K(0.26MPa)
  • 臨界溫度
    5.19K
  • 分子量
    4.003
  • 含量
    空氣中的含量約為百萬分之5.2
  • 英文名
    Helium
  • 沸點
    4.3K(0.1MPa)
  • 臨界壓力
    0.228MPa
  • 密度
    0.1786g/L(0°C、0.1MPa)
  • 類型
    稀有氣體單質
  • 水溶性
    難溶于水
  • 安全性描述
    不可燃氣體

​基本簡介

氦(舊譯作氜)是一種化學元素,它的化學符號是He,它的原子序數是2,是一種無色的惰性氣體,放電時發深黃色的光。在常溫下,它是一種極輕的無色、無臭、無味的單原子氣體。氦氣是所有氣體中最難液化的,是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質。氦的化學性質非常不活潑,一般狀態下很難和其他物質發生反應。氦是宇宙中第二最豐富的元素,在銀河系佔24%。

基本信息

英文名 helium

EINECS號 275-187-7

化學式 He

屬于稀有氣體單質

由氦原子聚合而成

分子量4.003

氣體密度0.1786g/L(0°C、1atm)

液態密度 125.2g/L(4.2K、100.312kPa)

氦氣

比重 0.14(空氣=1)

沸點 4.3K(1atm)

熔點1.0K(26atm)

臨界溫度5.3K

臨界壓力 0.228MPa

蒸發熱 5.50cal/g、20.4kJ/kg(沸點)

液態與氣態的體積比 699(0℃、1atm、以液態體積為1?)

無色、無味、無臭常溫下為氣態的惰性氣體。臨界溫度最低,是最難液化的氣體。極不活潑,不能燃燒也不助燃。進行低壓放電時顯深黃色。氦具有特殊的物理性質,在絕對零度時在其蒸氣壓下,氦不會固化。氦氣化學性能穩定一般不生成化合物,在低壓放電管中受激發可形成He +2 、HeH等離子及分子。在特定條件下和某些金屬可形成化合物。

理化性質

物理性質

高純氦氣是單原子稀有氣體分子,是一種無色、無味、無毒的不燃燒的儲存于氣瓶中的高壓氣體,常溫下為氣態的惰性氣體。壓力通常有15MPa,氣體密度0.1786g/L(0°C、1atm),液態密度0.1250kg/・(沸點)。臨界溫度最低,是最難液化的氣體,極不活潑,不能燃燒,也不助燃。進行低壓放電時顯深黃色。氦具有特殊的物理性質,在絕對零度時,在其蒸氣壓下,氦不會固化。[1]

高純氦氣在不同環境中有些其他特有的物理性質見下列表:

分子量: 4.0026

熔點(2555kPa): -272.1℃

沸點(101.325kPa): -268.94℃

液體密度(4.20K,100.312kPa): 125.2kg/m

氣體密度(0℃,101.325kPa): -0.1785kg/m

相對密度(氣體,0℃,101.325kPa): 0.138

比容(21.1℃,101.325kPa): 6.0304m/kg[2]氣液容積比(15℃,100kPa): 748L/L

臨界溫度: -268.0℃

臨界壓力: 229kPa

臨界密度: 69.3kg/m

熔化熱(1.2K,2555kPa): 0.0836kJ/kg

氣化熱(-268.926℃,101.325kPa): 20.42kJ/kg

比熱容(氣體,25℃,101.325kPa): Cp=5238.3J/(kg·K) Cv=3213.7J/(kg·K)

比熱比(氣體,25℃,101.325kPa): Cp/Cv=1.63

蒸氣壓(0.5K): 0.0000022kPa (2.0K): 3.17kPa (5.0K): 197.1kPa

粘度(0℃,101.325kPa): 0.01864mPa·S (液體,3.0K): 0.0033mPa·S 

表面張力(4.2K): 0.096mN/m

導熱系數(0℃,101.325kPa): 0.1426W/(m·K) (液體,2.4K): 0.01883W/(m·K)

折射率(氣體,0℃,101.325kPa): 1.000035

化學性質

氦是單原子氣體,化學性質不活潑。通常條件下不與其它元素和化合物反應。

套用領域

氦氣廣泛套用于軍工、科研、石化、製冷、醫療、半導體、通路檢漏、超導實驗、金屬製造、深海潛水、高精度焊接、光電子產品生產等。

1、低溫冷源:利用液氦的-268.9℃的低沸點,液氦可以用于超低溫冷卻。而超低溫冷卻技術在超導技術等領域有較廣泛的套用,超導材料需要在低溫(100K左右)中才能表現出超導特徵,大多數情況下隻有液氦能比較簡便地實現這樣的極低溫。超導技術在交通行業的磁懸浮列車,醫療領域的核磁共振成像設備都有較大的套用。

2、氣球充氣:由于氦氣密度遠小于空氣(空氣的密度為1.29kg/m3,氦氣的密度為0.1786kg/m3),而且化學性質極不活潑,較氫氣安全(氫氣可以在空氣中燃燒,可能會引起爆炸),氦氣常用于飛船或廣告氣球中的充入氣體。

3、檢驗分析:儀器分析中常用的核磁共振分析儀的超導磁體需要利用液氦降溫,氣相色譜分析中氦氣常作為載氣,利用氦氣滲透性好、不可燃的特點,氦氣還套用于真空檢漏,如氦質譜檢漏儀等。

4、保護氣:利用氦氣不活潑的化學性質,氦氣常用于鎂、鋯、鋁、鈦等金屬焊接的保護氣。

6、其他方面:氦氣可用作高真空裝置、原子核反應堆在火箭、宇宙飛船上用作輸送液氫、液氧等液體推進劑的加壓氣體。氦氣還用作原子反應堆的清洗劑,在海洋開發領域的呼吸用混合氣體中,氣體溫度計的填充氣等。

基本用途

利用其-268.9℃的低沸點,液氦可以用于超低溫冷卻。在懸浮列車等領域中廣受關註的超導體套用中,氦氣是不可或缺的。此外,由于化學性質不活潑和輕于空氣等特征,氦氣常用于飛船或廣告氣球中的充入氣體,這一用途也是眾所周知的。在海洋開發領域的呼吸用混合氣體中,以及醫療領域的核磁共振成像設備的超導電磁體冷卻的用途中,氦氣都得到廣泛的套用:軍工、科研、石化、製冷、醫療、半導體、通路檢漏、超導實驗、金屬製造、深海潛水、高精度焊接、光電子產品生產等。可用于低溫冷源和超導技術。也可用作高真空裝置、原子核反應堆、宇宙飛船等的檢漏劑及鎂、鋯、鋁、鈦等金屬焊接的保護氣。在火箭、宇宙飛船上用作輸送液氫、液氧等液體推進劑的加壓氣體。還用作原子反應堆的清洗劑、氣體色譜分析分析的載氣、氣球充氣、電弧焊用保護氣、潛水用混合氣和氣體溫度計的填充氣。另外由于氦氣滲透性好、不可燃的特點,它還套用于真空檢漏行業,如氦質譜檢漏儀等。

氦氣

製備方法

氦氣

1.冷凝法:天然氣提氦在工業上採用冷凝法該法工藝包括天然氣的預處理凈化、粗氦製取及氦的精製等工序,製得99.99%的純氦氣。

2.空分法:一般採用分凝法從空氣裝置中提取粗氦、氖混合氣,由粗氦、氖混合氣製純氦、氖混合氣經分離及純化,製得99.99%的純氦氣。

3.氫液化法:工業上採用氫液化法從合成氨尾氣中提氦。該法工藝是低溫吸附清除氮、精餾得到粗氦加氧催化除氫及氦的純化,製得99.99%的純氦氣。

4.高純氦法:將99.99%的純氦進一步用活性炭吸附純化製得99.9999%的高純氦氣。

註意事項

本品屬不燃氣體危規編號:GB 2.2類22007。UN NO.1046;IMDG CODE 2144頁,2.2類。(壓縮的)GB 2.2類22008。UN NO.1963;IMDG CODE 2144頁2.2類。(液化的)。氦氣為惰性氣體,高濃度時可使氧分壓降低而有窒息危險。當空氣中氦濃度增高時患者先出現呼吸加快、註意力不集中、共濟失調;繼之出現疲倦無力、煩躁不安、惡心、嘔吐、昏迷、抽搐,以致死亡。液體氦與皮膚接觸能引起嚴重凍傷。用6m3鋼瓶或2L玻璃瓶包裝。玻璃瓶外加木箱或紙箱保護。貯存于陰涼、幹燥的庫房中。可按普通貨物運輸。裝卸時輕拿輕放,防止包裝破損。失火時可用水和各種滅火器撲救。

國內現狀

氦氣是國防軍工和高科技產業發展不可或缺的稀有戰略性物資之一。含氦天然氣迄今仍是工業化生產氦氣的唯一來源。我國氦氣資源相當貧乏,含量很低,提取難度大,成本高。因此,在保護有限氦氣資源的同時,研究開發先進的天然氣提氦技術對于提高氦氣生產的經濟性、保障國家用氦安全和促進我國天然氣提氦工業的發展具有重要意義。通過對提氦技術的分析介紹,低溫冷凝法較為成熟,但能耗、成本較高;吸附法、吸收法和膜滲透法等其他提氦技術各具特點,但限于適用條件尚不能規模化工業套用。隨著新材料、新技術的發展,天然氣提氦技術不斷改進創新,吸附法、膜滲透法等提氦工藝發展迅速,聯產法、聯合法工藝有著良好的套用前景,這些都為促進天然氣提氦技術的發展提供了新的思路。

氦氣純度

工業氦

項目名稱指標

氦氣純度:≥99%

氖(氫)、氧(氬)、氮、甲烷總含量,%≤1

水分含量,露點,≤-43℃

純氦

項目名稱指標

優等品一等品合格品

氦氣純度,%≥99.99599.99399.99

氖含量,ppm≤152540

氫含量,ppm≤357

氧(氬)含量,ppm≤355

氮含量,ppm≤101725

一氧化碳,ppm≤111

二氧化碳,ppm≤111

甲烷量,ppm≤111

水分含量,ppm≤101520

高純氦氣

氦氣純度>99.999%,

雜質含量(ppm):

O2≤0.5,

N2≤1.0,

CO≤0.5,

CO2≤0.5,

CH4≤0.5,

H2O≤0.5,

Ne≤8.0;

超純氦氣

氦氣純度>99.9999%,

雜質含量(ppm):

N2≤0.5,

O2≤0.5,

Ne≤0.5,

CO≤0.1,

CO2≤0.1,

THC≤0.1,

H2O≤0.2;

相關詞條

相關搜尋

其它詞條