氦气提纯，有多重要？为什么是中石化？

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近日，中国石化自主开发的首套氦气提纯装置在重庆石油LNG工厂一次开车成功，顺利产出合格高纯氦气。该项目可年产99.999%高纯氦气20吨以上。中石化为啥做起气体提纯了？氦气有多重要？

中国石化自主开发的氦气分离膜

氦气具有密度低、沸点低、导热性好、化学性质稳定等特点，广泛应用于航空航天、电子工业、生物医疗等高新技术领域。但我国氦气资源相当贫乏，提氦技术相对落后，超过95%的氦气资源依靠进口。

中国石化首套氦气提纯装置▲

目前，具有实际应用价值的氦气资源仅来源于含氦天然气，需要将氦气进行有效提纯利用。由于天然气尾气成分复杂，其中甲烷、氮气与氦气分子的动力学直径十分接近，因此氦气提取十分困难。该氦气提纯项目采用中国石化北京化工研究院自主研发的高效深度脱氢和膜法氦气分离等关键技术，实现了从工艺开发到工业应用技术的创新和突破。该项目的氦气来源于重庆LNG工厂，通过对高含氦、高含氢的工厂尾气进行提纯处理，使之变废为宝产出99.999%的氦气产品。

氦气，英文名为Helium，化学元素符号为He，是种无色无味、不可燃的气体。充满氦气的气球之所以能飘在空中，是因为氦气是除了氢气以外密度最小的气体，其密度远小于空气，空气的密度为1.29千克/立方米，而氦气的密度为0.1786千克/立方米。此外，氦气也是一种惰性气体，其化学性质不活泼，通常状态下不与其他元素或化合物结合，几乎没有固态或者液态化合物形态，所以氦一般都是以单质气体存在，直到1908年7月10日，荷兰物理学家昂尼斯才首次液化了氦气。

氦气之所以稀缺，一方面是由于其用途非常广泛，另一方面是因为氦气无法通过人工制备获得，氦气在空气中的含量非常低，只有约0.000524%，从空气中提取氦气，成本可能比等体积的黄金还要贵，不具备工业提取价值。

我国氦气资源相当贫乏，矿物中氦气的含量很低，且提取难度大，成本高。目前工业提取的氦气，主要以含有氦的天然气作为原料，反复进行液化分馏，然后利用活性炭进行吸附提纯，最终得到纯氦。此外空分法和氢液化法也是常用的提取纯氦气的方法，这两种提取方法都能得到99.99%的纯氦气。

作为磁共振和核磁共振超导磁体的理想冷冻气体，氦气可实现零下232℃的深冷温度，可有效获取内脏器官和组织的高分辨率图像；氦氖激光中的气体介质由氖气和高纯氦气组成，可以用来进行外科手术治疗弱视，也能用来活化血管进行保健。

氦气被广泛应用于从飞机制造到飞行的整个过程；宇宙飞船太空飞行作业中，使用氦气净化氢气系统，地面和飞行流体系统将其用作增压剂。此外，氦气还用于气象气球，通常每天从全球900个地点每天释放两次。从气象气球收集的数据有助于揭示重要的大气特征。由于氦气持续短缺，位于佛罗里达州的美国国家气象局办公室曾不得不减少气象气球的发射，将气球的发射从每天两次减少到每天一次。

氦气应用于散热器、换热器、空调组件、燃料箱和变矩器等重要汽车部件的测试，以确保其符合质量规范。此外，氦气还可与氩气配合使用，越来越多地被用于安全气囊的充气操作。

氦气在半导体、液晶面板和光纤线制造中起着重要作用，可实现零部件的快速冷却，从而提高生产率，还能控制热传递速率，以改善生产效率并减少缺陷。

由于化学性质不活泼，氦气还常被作为保护气使用。氦气在电弧温度条件下的惰性使其成为铝、不锈钢、铜和镁合金等高导热性材料焊接的理想气体，还可用作热处理过程中的淬火气体以及熔炉气体，提升零件耐性和质量。

从去年开始的全球氦气短缺今天仍在继续，并可能持续到明年，并以不同的方式扰乱各种依赖氦气的行业。自 2006 年以来，这是世界第四次缺氦。根据天然气行业的说法，世界目前正在经历“氦气短缺 4.0”，这可归咎于现有来源的产量下降或不可靠。

氦是地球上最稀有的元素之一，开采难度很大，储存起来也更加困难。任何逸出的氦都不能被重新捕获并直接排放到大气中。除了难以开采之外，目前的氦气短缺源于全球供应有限和需求上升。

自 2009 年以来，氦气需求一直在持续增长，自 2010 年以来，市场以 10.1% 的复合年增长率增长但这是否导致短缺仍不清楚。最近的一份报告估计，全球氦气市场在 2026 年可能达到 201.7 亿美元，从 2022 年到 2026 年以 13% 的复合年增长率增长。

很少有国家生产这种稀有元素，因此即使这些国家生产水平的微小变化也会对全球氦供应产生重大影响。

目前，世界上90%的氦气由卡塔尔、阿尔及利亚、俄罗斯和美国等主要天然气生产国提供。这些国家的大规模天然气生产允许以经济的方式提取低总浓度的氦气。

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