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我国成功研发高纯氦气提取装置,纯度达99.99%!要摆脱卡脖子了?

2024-02-12科技

我国成功从煤层提取99.999%高纯度氦气

刚开年,我国科技界又传喜讯,我国首套含氦煤层气提取高纯氦气装置顺利应用,并且成功提取出 99.999%的高纯氦气 ,这是我国氦气领域的一次重大突破!

素有 「黄金气体」 的氦气,凭借着 低密度、低沸点 等特点,能够广泛应用于 航空航天、半导体制造、能源开发、工业发展 等多个领域,是科学技术领域发展不可或缺的战略性物资。

此次高纯度氦气的提取较之以往有很多不同之处。之前我国全国范围内的氦气生产,均是从天然气中提取,而此次由中国煤科煤科院研发的高纯度氦气装置则是从 煤层气 中提取。

该煤层气所处位置是在窑街煤电集团所属的 海石湾煤矿 海石湾煤矿的煤层气是我国为数不多的含氦煤层气资源。 要知道煤层气的属于非常规气体,所以气体结构相对天然气来说是十分复杂的,而海石湾煤矿的煤气层中还含有二氧化碳,这就让此次提纯任务变得难上加难。

其实早在2021年,中科煤科院就联合相关煤电企业,对如何能够在煤层气中提取高纯度氦气的问题进行了科研攻关。

中科煤科院的项目负责人表示:凭借着我国在气体提纯领域的技术积累,在此基础上有通过研发实验,创新性了加入了变压吸附、膜分离等多项气体分离关键技术,经过不断的实验,最终确定了使用 「变压吸附+膜分离+精制纯化」 的方式,来从煤层气中提取高纯度的氦气。

而且从煤层气中提取完氦气以后,剩下的煤层气也不会因此而浪费,还可以 作为发电原料气继续使用 ,既能从中提取到高纯度氦气,又能继续作为发电原材料,对于煤层气的利用已经达到了极致,可谓是一举两得。

中国煤科院表示,此次突破性的高纯度氦气提取技术,还会利用到从天然气中提取氦气的技术中,从而提高天然气中氦气的提纯浓度,增加我国高纯度氦气的生产途径, 为我国航空航天、能源发展、高端医疗等领域提供源源不断的能源支持。

氦气重要战略物资地位。

氦气在全世界范围内的战略物资地位都是不可替代的。人类在十七世纪就发现了氦气的存在。在二十世纪初的那几十年里,全世界的国家都在寻找氦气,因为当时各个国家都需要氦气来 为飞行艇充气。

随着时代的发展,氦气也逐渐被使用到高精尖行业领域。要知道氦气日常的存在形态多数是 液态 ,而不是固态,由于液态氦的温度能够达到 零下269度 ,所以也让人类对低温世界有了全新的认知。

氦虽然在宇宙中占据了23%的质量,但是在地球的大气层中,氦却只占了 5.2万分之一 ,浓度十分的低。人们想要提取到氦气,只能从 天然气体或者放射性矿物质中 提取。目前世界上的氦气的 分布区域十分不平均 ,主要分布在 美国、卡塔尔、俄罗斯、加拿大、阿尔及利亚 等国家。且上述五个国家区域内氦气总含量,占全球氦气总量的 90% 以上,可见其分布差异之大。

氦气作为一种稀有气体,在高新技术产业中有着不可被替代的地位,比如在国防工业领域中,氦气还是主要应用物质,在 火箭、液体燃料导弹、宇宙飞船 中的多个部分都必须有液态氦的参与,且没有替代品。所以氦就顺理成章的成为了各个国家发展的刚需物质。

从2022年全年来看,市场容量达到了375.14亿元。2022年全球氦气总产量为 520亿立方米 ,其中, 美国 的开采量为 206亿立方米 ,其次是卡塔尔,中国氦气的生产量仅为195万立方米,占全世界总量的2%, 作为氦气使用大户 ,中国每年的氦气产量都供不应求,只能通过 大量进口

目前,人们对月球表面的土壤进行分析研究,在月球土壤中发现了氦的存在,且通过推算, 月球 的地壳表层可能存在 上百万吨的氦3, 这个含量足够地球使用上万年的时间。

由于地球上的氦严重匮乏,所以科学家们也在积极开展关于月球土壤中氦3的 开采、提取、运输 等研究,希望未来,氦3能够成为常规可用的能源,是人们获取氦的途径变得更加多元化,环节地球氦气开采的压力。

中国氦气行业现状及前景

在全球范围内,中国对氦气资源的勘探历史,相对较短。2022年,中国全年的氦气开采总量为195万立方米,占全球生产总量的2%。

作为氦气使用大户,中国每年不得不从全球各地进口氦气,2022年中国分别从卡塔尔、澳大利亚、美国、阿联酋及其他欧洲国家进口氦气 4009.961吨 ,占当年国内氦气总使用量的95%。可见在中国,氦气市场确实存在一个巨大的缺口。

在某一领域,如果大范围依靠进口,那么国家将在该领域失去部分话语权和主动权 。 前段时间,中美关系再一次陷入紧张的状态,这一氛围也震动着国内的氦气领域。

早些年中国90%以上的氦气均从美国进口,可是自从关系紧张后,中国不得不转而 从卡塔尔进口 ,2022年,中国从卡塔尔进口的氦气 占总进口量的80%

卡塔尔虽然已经成为我国氦气使用量的主要供应者,但是 卡塔尔的技术和设备却来源于美国, 这也说明中国在氦气进口方面仍然会有被卡脖子的风险。

面对如此尴尬的局面,中国也在积极改善国内氦气生产格局。这次中国煤科院从煤层气内提取高纯度氦气的成功,也让中国增加了信心。

着眼于国内的 氦气储备领域 ,是对于氦气含量、资源勘探开采等方面仍然处于模糊的状态。

要知道美国从1920年就开始进行了氦气勘探的主要工作,而中国的氦气勘探历史仅有五十年。不过近期,我国科学家也针对国内部分地区,尤其是西北地区的含油气盆地氦气资源进行了检测,发现氦气资源的 成藏基础条件良好、分布广泛 ,具有很大的资源开采潜力。

所以在未来, 明确全国范围内各地区氦气天然储备量 以及高纯度氦气提取方式 仍然是主要研究方向。提高对我国氦气资源分布情况的认知,以此来完成对国内氦气市场格局的升级。

随着科技的不断发展,我们有理由相信,未来的某一天,中国将摆脱氦气资源进口卡脖子的风险,实现国内 氦气自由