“黄金气体”被西方卡脖子,氦气这么稀缺如何实现国产替代?

2021年08月30日 阅读量:4

小到升空气球、搞怪变声,大到航空航天、核磁共振……都离不开一种气体——氦气。因具有低密度、低沸点和惰性等特质,氦气被广泛应用于国防、航空航天、核工业、科研、医疗、工业等领域,是国家安全和高新技术产业发展的重要战略物资。但数据显示,我国95%以上的氦气需求需要进口。氦气供应为何依赖进口?如何完善其供应体系?

 

一般人可能对于氦气不是很了解,它位于元素周期表第二位,无色无味,化学性质不活泼,一般状态下很难和其他物质发生反应,属于惰性气体,非常稀有。

虽然氦气在我国数量很少,但却是宇宙中含量第二高的元素,能够占到星系星体大约24%的质量,最早发现于1868年。

 

氦气的质量很轻,在气球中充入氦气以后,就可以使气球飘起来,但是在最开始,人们会通过往气球中充氢气来让它飞起来,这两种气体的密度都小于,大气中含量较高的氮气和氧气,只不过氢气十分活泼,很容易被点燃或者爆炸,于是出于安全考虑,现在可以飘起的气球都使用氦气了。

 

需求与日俱增 年进口量近4000吨

 

中国工业气体工业协会的数据显示,2018年我国氦气年需求量约2300万立方米,约占全球需求量的14%,并保持年均约15%的增长。目前我国氦资源最大的终端用户是高端装备制造中的半导体和光纤领域,约占氦气需求总量的45%;医用核磁共振和大科学工程(低温超导)约占需求总量的20%;航空航天领域主要是航天发射场试验场需求,约占需求总量的5%。

 

相对与日俱增的需求量,国内氦气供应严重不足。中国工业气体工业协会常务副理事长洑春干介绍,氦气主要来源有空分提取和从天然气中提取。国内有首钢、宝钢、武钢、邯钢、杭氧、上海启元等几家企业通过空分设备提取氦气,2020年产量约10万立方米;2020年8月,我国建设并投产了从生产LNG的不凝气(BOG)中提取氦气的2个项目,2020年总产量约40万立方米。

据中国工业气体工业协会统计,我国现有95%以上的氦气都依靠进口。2020年总进口液氦达3700吨,预计2021年进口量为4100吨。

 

我国氦气主要靠进口液氦。“美国、卡塔尔和澳大利亚包揽其中绝大部分出口,林德和法液空等欧美空气公司通过核心生产和液化设备垄断绝大部分氦气气源供应。同时,受制于液氦海上运输的影响,我国大多数地区用氦成本较高。”洑春干说。

 

今年3月下旬,安徽中科昊海气体科技有限公司投资建设的氖氦精制装置一次性开车成功,已能够产出氦纯度99.9999%的氦气。“氦气几乎一天一个价,公司投产半个月,订单已经排到了三个月以后,几千标方的氦气正在排队生产。”安徽中科昊海气体科技有限公司代总经理潘建田说,一些世界半导体大厂三星、铠侠(东芝)、台积电等都已经与公司取得了联系,希望能提前预订氦气产能。

 

“液氦是做核磁共振必不可少的材料。最近三年,液氦价格上涨较快且波动幅度较大,每升液氦的价格从100多元上涨到目前的260多元,价格最高时达到400多元。”山西某医院相关负责人告诉记者。

 

多种因素制约我国氦气自主供应

 

首先,氦气资源缺乏,勘探程度较低。

 

氦是一种稀缺的非再生资源。根据美国地质调查局2019年对氦资源的估计,全球氦气资源总量约519亿立方米。其中,美国206亿立方米,占全球的40%;卡塔尔101亿立方米,占19%;阿尔及利亚82亿立方米,占16%;俄罗斯68亿立方米,占13%。这四国资源量总和占全球总量的88%。而中国只有11亿立方米,约占全球的2%。

 

中国石化石油勘探开发研究院研究员张英表示,氦气资源主要赋存于天然气中,一般认为从氦含量大于0.1%的天然气中直接提氦具有商业价值。

 

原料气不足导致了部分项目提氦成本增加,制约国内提氦的积极性。我国天然气中含氦量普遍较低,业内人士表示,从含氦量低的天然气中提氦经济性较差,从国外进口更加便宜,制约了国内提氦的积极性。

 

其次,产业链不完善,技术自给能力仍不足。

 

从氦气的勘探和检测技术来看,张英认为,目前的检测标准和技术仍待完善。

 

在氦气提取方面,洑春干表示,尽管近年来国内企业自主研发能力有了很大提高,国产大型、特大型空分装置技术水平已达到国际同类产品水平。但由于空分装备复杂,目前国内空分装置制造厂大部分的核心设备依赖进口。如空压机、增压机、高压气体膨胀机、高压液体泵等核心运转设备,高压阀门、高压板式换热器、填料等核心设备,以及仪表控制、物性数据库等均与国外气体公司差距较大,而这些又是空分装置的关键设备。

 

最后,对氦资源保护的重视程度不够。

 

记者梳理发现,鉴于氦气的特殊性,美国从第一次世界大战起就开始重视氦资源保护,国会立法形成《氦保护条例》《氦法修正案》。俄罗斯也在积极推动相关立法,将氦气作为重要的战略资源限制出口。而目前国内普遍还没有意识到氦气对于发展高技术产业的重要性,没有形成完善的保护举措。

 

记者调研发现,氦气除了在工业和科研领域的应用,在生活领域的应用也较为普遍,例如常见的充气气球等。由于与其他稀有工业气体相比,氦气的价格并不昂贵,在使用中回收利用程度有待提高。

 

中国氦气资源被美国“控制”,未来何去何从?

 

在多方因素的影响之下,氦气的价格不断攀升,再加之中美之间贸易摩擦,我国必须要针对氦气资源紧缺作出反应,让氦气长期以来依靠进口的局面真正成为历史。

为了成功提取氦气,我国建立大型氦气厂,并且为其生产投入巨额资金,只为不将自己的"紧要部位"暴露于外,让中国的高新技术制造领域对外依赖程度进一步减少。

 

在国家的大力扶持之下,在2020年7月,北京中科富海低温科技有限公司宣布,在提氦领域用"闪蒸汽提氦"的方法对氦气进行成功提取,最重要的是,这是在天然气废料中对氦气进行提取,意味着我国提氦事业取得了里程碑式的突破。

 

除此之外,这家公司还成功研制出中国首套液化天然气产蒸汽低温提氧装置,填补了国内空白,捍卫中国氦气战略安全。对于发展中的中国而言,虽然在很多行业和领域仍然存在不足,抑或是"受制于人",但只要肯脚踏实地,不断创新,将核心技术掌握在自己手中,最终会有傲视群雄的一天。

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