低温精馏是当前天然气提氦的主流技术，其原理是利用天然气中不同气体组分的临界温度差异而实现分离，即先将天然气逐级冷凝到约-190℃获得纯度为70%～90%的粗氦，再进一步通过低温精馏将粗氦提纯为99.999%的高纯氦气。因为工艺相对简单、技术较为成熟，成为当前应用为广泛的提氦方法。据统计，美国14套天然气提氦装置中，有12套采用低温精馏工艺。

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