“黄金气体”去哪里挖?我国提氦技术纯度达99.9999%,再也不怕漂亮国垄断

2021年12月06日 阅读量:5

近年来,美国升级芯片出口管制,一时间,“卡脖子”话题引起了广泛的讨论。虽然我们国家地大物博,同时建立了全产业链体系,但在某些领域,还是会受制于人。

 

其中,就有一种战略性极高的气体资源,芯片制造也离不开它,而我国每年的需求量超过4000吨,但95%以上都依赖从美国、卡塔尔、澳大利亚等国进口,是一种容易被“卡脖子”的资源。

 

水发燃气天然气氦气提纯技术取得重大突破,氦气纯度高达99.9999%

 

11月30日,在鄂尔多斯水发LNG液厂内,伴随工人们的一阵欢呼声,BOG 提氦设备正式出液,相关指标显示氦气纯度高达99.9999%。这标志着山东省属企业水发集团权属的水发燃气BOG提氦技改项目取得成功,水发燃气天然气氦气提纯技术跃升国内行业首位,也意味着国内氦气自主生产能力取得重大突破。

 

据了解,国内提氦技术源于40多年前的德国林德公司,目前初步做 BOG 提氦的工艺厂家较多,但方案基本上只考虑单纯的 BOG 提氦工艺设备,无LNG工厂实际设计及运行经验,也无法结合工厂现有生产工艺情况进行整体优化处理,不仅技术路线长、整体能耗高,且造价居高不下。数据显示,水发燃气BOG提氦技改项目取得成功之前,真正具备天然气提氦装置应用项目的企业仅有数家,其中提氦纯度稳定达到99.9%的企业屈指可数。

 

水发集团权属公司水发LNG液厂气源所处的鄂尔多斯盆地是我国天然气中富含氦气的区域,针对LNG项目负荷和现场实际情况,公司LNG技术和生产团队联合合作伙伴对业内多个工艺取长补短,整合优势,并充分发掘现有LNG装置的物和能设计而成,通过建设整套 BOG 提氦设备及辅助配套设施,对鄂尔多斯LNG工厂液化天然气生产过程中产生的 BOG 气体进行回收并提氦。工艺主要采用膜分离+催化脱氢+低温吸附法联合的提氦,具有流程简单,先进合理、易操作、能耗低、性价比高、运行稳定可靠的特点。这一项目的成功实施,探索出了一条适合LNG液化天然气的提氦道路,使得LNG工厂经济性大幅提升,由此将有效推动氦资源工业产业化。

 

从具体指标看,BOG提氦装置氦气回收率96%以上,氦气制取纯度达99.9999%,项目生产设计能力达1000方/天。仅首台套提氦装备投产,便可年产氦气约20万立方米,约占国内自主生产能力的近20%。水发燃气由此跃居目前国内天然气提氦产能最大的企业,为我国自主满足高科技发展的氦气需求提供了新的渠道。

 

让氦气成为全球制造业最青睐的气体之一,美国甚至将其列入了国家安全材料名单。

 

中国95%氦气依赖进口

 

全球的氦气资源分布却极不均衡。根据美国地质调查局的估计,全球氦气资源储量约519亿立方米,其中美国就存有206亿立方米,占比40%左右;而卡塔尔存有101亿立方米,俄罗斯存有68亿立方米;中国则少的可怜,仅存有11亿立方米,占比约2%。

 

美国是全球最早开发氦气资源的国家之一,早在20世纪初,美国便发现油气田中含有氦气,随后对其进行开采。到了1960年,因为意识到氦气的重要战略价值,美国修改了氦气法案,强制要求油气公司,对于那些氦气丰度达到工业利用指标的气田,必须回收氦气,统一卖给国家。如今,美国生产的氦气已占到全球的半壁江山。

 

这些年来,氦气价格飙涨,可谓越来越金贵,不少国家也纷纷打起了氦气的主意。其中,卡塔尔已经成为全球第二大氦气生产国家,产量占据全球近30%。随着中美竞争越发激烈,近年来我国也调整了氦气进口来源——有60%以上的进口氦气来自卡塔尔,而进口自美国的比例降至1/4左右。

 

看似我国进口氦气对美依赖不算高,不会被美国“卡脖子”,但这其中却存在一个隐患——卡塔尔没有自主开采技术,其开采设备大都依赖美国。要知道,氦气非常轻,地球引力吸不住,现在的氦气资源,大都伴生在天然气中,唯一工业化获取氦气的途径,就是天然气分离法——需要经过多次液化、分馏和提纯,才能获得纯净的氦气,此前我国也不掌握氦气的提取技术。

 

氦气的五个不为人知的作用

 

核磁共振造影

 

氦气无色、无味、不易燃,其液化状态要求的是地球最低温度(零下269摄氏度),也就是接近绝对零度。氦气的应用主要是其冷却能力,它在医学扫描上有广泛用途。在核磁共振造影方面,正是依靠氦液包裹的超导磁体才能产生磁场。最近的一些创新技术可以让氦气的使用量减少,但是对核磁共振仪的运行来说氦气仍不可或缺。

 

光纤和显示屏

 

电子产业是氦气的另一大市场。例如,这种气体可以用于光纤的生产。法国液气公司解释说:“具体来说,光纤生产的第一道环节是生产玻璃制棒,氢气、氧气和氦气被用于强化玻璃制棒的强度,以便随后进行加热和拉长。氦气和氩气还可以让加热拉长的光纤快速冷却下来。”氦气还被用于很多电子设备的制造过程中,如平板显示屏。

 

半导体

 

美国能源研究学会在一份说明中解释说:“氦气是一种惰性气体,很难和其他成分起反应,这让其成为半导体制造中很理想的材料。在硅片周遭裹上惰性气体,可以避免出现意料之外的反应。另外,由于氦气具有高导热性,它还能高效散热,这可以在半导体制造过程中降低硅片的温度,能让半导体的体积变得更小。”

 

火箭发射

 

氦气还是空间研发的一种重要材料。它被当做制冷剂用于冷却很多材料和精准焊接,也被当做航空器飞行或着陆的液态系统气密剂。美国国家航空航天局每年要用掉上亿立方英尺(1立方英尺约合28317立方厘米)的氦气。另外,该机构还打算在2023年用一个氦气球向平流层发送一个天文望远镜。

 

核研发

 

氦气也被用于核聚变的研发领域。在建的法国罗讷河口省热核聚变实验反应堆(ITER)项目,将会建立一个冷却工厂以确保反应堆的冷却。法国液气公司称:“为了获得封闭反应堆所必需的电磁场,就要使用在极低温度下的超导磁材,要接近绝对零度。在5400平方米的ITER冷却工厂中,氦气厂区要占到3000平方米。”

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