“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

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。”