氦氣：低調(diào)卻關(guān)鍵的 “隱形資源”

在日常生活中，氦氣似乎是一個不太起眼的存在，可一旦提及它的用途，你定會驚嘆于其不可替代的重要性。醫(yī)院里，核磁共振成像（MRI）設(shè)備是醫(yī)生診斷疾病的得力助手 ，能..檢測出腦腫瘤、中風(fēng)、脊髓損傷等病癥。而這背后，氦氣扮演著關(guān)鍵角色。MRI 設(shè)備中的超導(dǎo)磁體需要在極低溫度下才能保持超導(dǎo)狀態(tài)，產(chǎn)生強大且穩(wěn)定的磁場，實現(xiàn)高精度成像。氦氣憑借其極低的沸點（零下 269 攝氏度，接近..零度），擔(dān)當(dāng)起冷卻超導(dǎo)磁體的重任，保障 MRI 設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。據(jù)統(tǒng)計，一臺常規(guī)的 MRI 設(shè)備大約需要 2000 升的超低溫液氦來維持超導(dǎo)磁體的超低溫環(huán)境，以便正常運行和準(zhǔn)確成像。

科研領(lǐng)域同樣離不開氦氣。在物理實驗中，研究超導(dǎo)材料時，需要創(chuàng)造接近..零度的極端低溫環(huán)境，氦氣的冷卻能力讓這一需求得以滿足，助力科學(xué)家探索超導(dǎo)材料的特性和應(yīng)用。比如在探索新型超導(dǎo)材料的實驗里，科研人員通過氦氣冷卻，觀察材料在低溫下的電阻變化，從而發(fā)現(xiàn)具有特殊超導(dǎo)性能的新材料，為未來超導(dǎo)技術(shù)的突破奠定基礎(chǔ)。在化學(xué)實驗中，氣相色譜分析常以氦氣作為載氣，利用其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特點，將混合樣品中的不同成分分離，以便分析樣品的組成和含量 ，為科研人員提供關(guān)鍵的實驗數(shù)據(jù)。

在航空航天領(lǐng)域，氦氣的身影也隨處可見?；鸺l(fā)射時，它被用作制冷劑，冷卻火箭發(fā)動機中的關(guān)鍵部件，..在高溫高壓的極端工作環(huán)境下，發(fā)動機能夠穩(wěn)定運行；同時，還被用于為火箭的燃料輸送系統(tǒng)提供壓力，..燃料能夠順利輸送到發(fā)動機中，助力火箭沖破云霄。美國國家航空航天局（NASA）每年就要消耗上億立方英尺的氦氣，用于各種太空探索任務(wù)和飛行器的研發(fā)測試。氦氣回收迫在眉睫的原因

盡管氦氣用途廣泛，但地球上的氦氣儲量卻十分有限。這是因為氦氣的形成過程極為漫長，主要源于放射性元素（如鈾、釷）的衰變。在衰變過程中，這些元素釋放出 α 粒子，α 粒子獲得電子后就形成了氦原子。然而，這種自然形成氦氣的速度極其緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足人類日益增長的需求。

從資源分布來看，..氦氣儲量分布不均。美國是氦氣儲量..為豐富的國家，約占..總量的 40% ，擁有眾多大型氦氣田，像位于德克薩斯州的克利夫賽德氦氣儲備庫，是....的氦氣儲備設(shè)施之一。而我國氦氣儲量僅占..的 2% 左右，屬于 “貧氦國家”。雖然在四川盆地、塔里木盆地等地發(fā)現(xiàn)了氦氣資源，但開采難度極大，部分地區(qū)氦氣含量較低，導(dǎo)致提取成本高昂。      不僅如此，氦氣的開采難度也很大。它主要伴生于天然氣中，從天然氣中分離和提純氦氣，需要復(fù)雜的技術(shù)和高昂的成本。傳統(tǒng)的天然氣提氦工藝，包括天然氣的預(yù)處理凈化、粗氦制取及氦的精制等工序，不僅流程繁瑣，還需要消耗大量的能源。由于氦氣的沸點極低，在分離過程中需要創(chuàng)造超低溫環(huán)境，這對設(shè)備和技術(shù)要求極高，進(jìn)一步增加了開采成本。

在使用過程中，氦氣還極易損耗。由于其密度小、分子質(zhì)量輕，一旦釋放到大氣中，就會迅速逃逸到太空中，很難再被收集利用。以氦氣球為例，當(dāng)氣球破損或放飛后，其中的氦氣很快就會逸散到大氣層中，無法回收。在一些工業(yè)生產(chǎn)中，氦氣參與反應(yīng)或作為保護(hù)氣使用后，也難以完全回收，導(dǎo)致大量氦氣被浪費。據(jù)統(tǒng)計，..每年因各種使用場景而損耗的氦氣數(shù)量相當(dāng)可觀，這使得本就稀缺的氦氣資源更加緊張。      隨著科技的發(fā)展和各行業(yè)對氦氣需求的不斷增長，氦氣的供需矛盾日益突出。如果不及時開展氦氣回收工作，未來氦氣資源短缺的問題將愈發(fā)嚴(yán)重，不僅會制約相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，還可能影響到國家的戰(zhàn)略安全和科技進(jìn)步。因此，氦氣回收已成為當(dāng)務(wù)之急，是解決氦氣資源短缺問題的關(guān)鍵舉措 。

..技術(shù)大揭秘

面對氦氣資源的稀缺現(xiàn)狀，氦氣回收技術(shù)應(yīng)運而生，為..氦氣短缺問題帶來了希望。目前，常見的氦氣回收技術(shù)主要有深冷法、吸附法和膜分離法，它們各自有著獨特的原理、優(yōu)缺點和適用場景 。

深冷法：低溫下的..分離

深冷法是一種較為成熟的氦氣回收技術(shù)，在大型氦氣回收項目中應(yīng)用廣泛。其原理是利用氦氣與其他氣體沸點的巨大差異，通過低溫冷卻，使天然氣中的其他成分（如甲烷、乙烷、氮氣等）在不同溫度下依次冷凝成液體，而氦氣由于沸點極低（約為 - 269℃），始終保持氣態(tài)，從而實現(xiàn)與其他氣體的分離 。

在天然氣提氦領(lǐng)域，深冷法發(fā)揮著重要作用。以美國的大型氦氣回收工廠為例，這些工廠每天處理大量的含氦天然氣，通過深冷法，能夠..地從天然氣中分離出氦氣，生產(chǎn)出高純度的氦氣產(chǎn)品，滿足國內(nèi)眾多行業(yè)對氦氣的需求。在一些科研機構(gòu)的大型實驗裝置中，深冷法也被用于回收實驗過程中產(chǎn)生的含氦尾氣。這些實驗裝置對氦氣的純度要求極高，深冷法能夠?qū)⑽矚庵械暮馓峒冎?99.99% 以上，實現(xiàn)氦氣的循環(huán)利用，降低實驗成本。

不過，深冷法也存在一些局限性。一方面，它需要消耗大量的能量來實現(xiàn)低溫環(huán)境，這使得運行成本較高；另一方面，深冷設(shè)備的投資成本巨大，建設(shè)和維護(hù)都需要專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊和大量的資金投入。而且，該技術(shù)對設(shè)備的密封性和穩(wěn)定性要求極高，一旦出現(xiàn)故障，維修難度大，停機時間長，會對生產(chǎn)造成較大影響。

吸附法：利用吸附劑的選擇性 “捕獲”

吸附法是利用特定的吸附劑對不同氣體的吸附能力差異來實現(xiàn)氦氣回收的技術(shù)。在吸附過程中，吸附劑會優(yōu)先吸附混合氣體中的雜質(zhì)氣體（如二氧化碳、氮氣、水蒸氣等），而氦氣則相對較少被吸附，從而使氦氣得以分離 。當(dāng)吸附劑吸附飽和后，通過改變壓力（變壓吸附）或溫度（變溫吸附）等條件，使吸附劑上的雜質(zhì)氣體解吸出來，恢復(fù)吸附劑的吸附能力，實現(xiàn)循環(huán)使用。

吸附法在一些小型氦氣回收裝置中應(yīng)用較多。比如在一些科研實驗室，由于實驗規(guī)模較小，產(chǎn)生的含氦尾氣量也相對較少，采用小型的變壓吸附氦氣回收裝置，能夠靈活、便捷地回收尾氣中的氦氣。這些裝置操作簡單，占地面積小，能夠滿足實驗室對氦氣回收的需求。在一些電子芯片制造企業(yè)，吸附法也用于回收生產(chǎn)過程中使用的氦氣。芯片制造對氦氣的純度要求較高，吸附法能夠有效地去除氦氣中的雜質(zhì)，..回收氦氣的質(zhì)量，滿足生產(chǎn)工藝的要求。

該方法的優(yōu)點在于設(shè)備簡單、操作靈活，投資成本相對較低，適合處..量較小、氦氣濃度較低的混合氣體。但它也存在吸附劑使用壽命有限、需要定期更換的問題，這增加了運行成本。而且，吸附法對氦氣的回收率相對較低，對于一些對氦氣回收率要求較高的應(yīng)用場景，可能無法滿足需求。

膜分離法：借助特殊薄膜的..篩選

膜分離法是利用特殊的高分子薄膜對不同氣體分子的滲透速率差異來實現(xiàn)氦氣分離的技術(shù)。當(dāng)混合氣體通過薄膜時，氦氣分子由于體積小、運動速度快，能夠快速透過薄膜，而其他氣體分子則相對較慢，從而使氦氣與其他氣體分離 。這種技術(shù)具有分離效率高、能耗低、操作簡單等優(yōu)點，在一些新興領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

在半導(dǎo)體制造行業(yè)，膜分離法被用于回收光刻過程中使用的氦氣。光刻是半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵工藝，對氦氣的純度和穩(wěn)定性要求極高。膜分離法能夠快速、..地從尾氣中回收氦氣，并通過多級膜分離和純化工藝，將氦氣純度提高到 99.999% 以上，滿足半導(dǎo)體制造的高精度需求。在一些天然氣田伴生氣的氦氣回收中，膜分離法也展現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢。它可以在常溫下進(jìn)行操作，無需復(fù)雜的制冷設(shè)備，降低了投資和運行成本。而且，膜分離設(shè)備占地面積小，安裝和維護(hù)方便，適合在天然氣田現(xiàn)場進(jìn)行氦氣回收。

當(dāng)然，膜分離法也有其缺點。一方面，膜材料的成本較高，且容易受到污染和損壞，需要定期更換，這增加了運行成本；另一方面，膜分離技術(shù)對氣體的預(yù)處理要求較高，需要先去除混合氣體中的雜質(zhì)和顆粒物，以防止膜的堵塞和損壞。

..背后的創(chuàng)新力量

在氦氣回收領(lǐng)域，眾多企業(yè)積極投身技術(shù)研發(fā)，通過申請..來保護(hù)和展示他們的創(chuàng)新成果，為氦氣回收技術(shù)的發(fā)展注入了強大動力。

陜西迪凱機電科技有限公司的 “一種氦氣檢測設(shè)備氦氣回收裝置及其使用方法” ..，就極具創(chuàng)新性。該..的氦氣回收裝置，通過臨時儲氣罐、循環(huán)水洗組件和間歇出氣組件的巧妙配合，能夠..待回收氦氣在經(jīng)過粗過濾后，間歇導(dǎo)入循環(huán)水洗組件進(jìn)行水洗，從而徹底清理固體雜質(zhì)。在氦氣導(dǎo)入時，能自動停止水的循環(huán)流動，保障氦氣順利進(jìn)入吸附過濾組件，吸附水蒸氣和氣體雜質(zhì)，有效提高了氦氣回收的純度。當(dāng)氦氣停止導(dǎo)入時，水又能循環(huán)流動，保持用水的清潔度。而且，過濾清掃組件還能及時清理粗過濾的雜質(zhì)，..裝置持久穩(wěn)定運行 。在工業(yè)氦氣檢漏場景中，該裝置可..回收使用過的氦氣，減少雜質(zhì)和水蒸氣對回收系統(tǒng)的影響，降低工業(yè)生產(chǎn)成本，提高氦氣的利用率。