迪凱機電—研究院所中科研氦的應(yīng)用與回收之道
發(fā)布時間：
2024-08-12
作者： 分享到：
二維碼分享
一、科研氦的廣泛應(yīng)用
低溫學(xué)研究
氦氣在低溫學(xué)研究中扮演著關(guān)鍵角色。它擁有極低的沸點，液態(tài)氦在零下 269℃就會沸騰，這一特性使其成為實現(xiàn)極低溫度的理想制冷介質(zhì)。在日本質(zhì)子加速器研究園區(qū)，每年消耗的氦-3 數(shù)量超過 10 萬升，用于填充大型中子散放裝置，推動相關(guān)研究。同時，低溫物理學(xué)家正在研究液氦中的顆粒物質(zhì)行為，期望開發(fā)出新的低溫技術(shù)。
航空航天
在航空航天領(lǐng)域，氦氣不可或缺。它能用于操縱各種氣動閥門和部件，為火箭和飛行器的燃料箱增壓，還能用于火箭發(fā)動機系統(tǒng)的清洗。此外，氦氣可作為凈化和更換氣體，..液體推進劑加注系統(tǒng)的純凈。對于液氫低溫閥門和某些處于液氫溫度下工作的氣動閥件，氦氣更是..適用的選擇。
半導(dǎo)體與光纖制造
在半導(dǎo)體和光纖制造中，氦氣發(fā)揮著重要作用。它能實現(xiàn)零部件的快速冷卻，提高生產(chǎn)效率，控制熱傳遞速率，減少零部件缺陷。同時，氦氣還可充當載運氣體，..生產(chǎn)過程的順利進行。核反應(yīng)堆
核反應(yīng)堆中，氦氣是重要的冷卻劑。其低中子吸收和高導(dǎo)熱性的特點，能有效吸收核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的多余熱量，提高核反應(yīng)堆的性能。同時，氦氣在維持反應(yīng)堆溫度、加強安全措施、減少廢物產(chǎn)生、降低反應(yīng)堆部件磨損等方面都有著顯著貢獻。二、科研氦的回收現(xiàn)狀
變壓吸附
變壓吸附是一種常見的氦氣回收技術(shù)。其原理是利用固體吸附劑對不同氣體的吸附能力差異，當氣體通過吸附床層時，部分氣體被大量吸附，其余氣體則大部分流出，從而實現(xiàn)氣體的分離提純。在氦氣回收中，通過改變壓力，實現(xiàn)吸附劑對氦氣和其他氣體的選擇性吸附與解吸。變壓吸附的優(yōu)點在于操作相對簡單，設(shè)備投資和運行成本較低。但它也存在一些缺點，如吸附劑需要定期再生，氦氣的回收率相對不是特別高，且對于復(fù)雜的氣體組分分離效果可能不夠理想。膜分離
膜分離技術(shù)在氦氣回收中應(yīng)用廣泛。其原理是依據(jù)不同氣體分子的大小和形狀差異，通過膜的選擇性滲透作用，讓氦氣從混合氣體中分離出來。膜分離技術(shù)的優(yōu)點包括分離效率較高、操作簡便、能耗低等。然而，膜分離技術(shù)也有不足之處，比如膜的壽命較短，易受污染和損壞，需要定期更換；膜的選擇性有限，對于一些分子大小相近的氣體分離效果欠佳；膜的成本較高，大規(guī)模應(yīng)用時成本較高；對氣體流量和壓力的要求較為嚴格，需要..控制和調(diào)節(jié)。
其他方法
除了變壓吸附和膜分離技術(shù)，還有低溫分離法、吸附法等常見的氦氣回收方法。低溫分離法利用氦氣的低溫凝結(jié)特性，將混合氣體通過低溫處理，使氦氣凝結(jié)成液體，然后分離出液態(tài)氦氣。其優(yōu)點是提純效果好、效率高，但需要昂貴的低溫冷卻設(shè)備和復(fù)雜操作技術(shù)。吸附法利用吸附劑對氦氣的選擇性吸附和解吸來實現(xiàn)回收，優(yōu)點是操作簡單、設(shè)備成本低，缺點是吸附劑吸附容量有限，需頻繁更換。總之，不同的氦氣回收方法和技術(shù)各有優(yōu)缺點，研究院所在選擇時需要根據(jù)實際情況綜合考慮，以實現(xiàn)..、經(jīng)濟和可持續(xù)的氦氣回收。三、回收技術(shù)的創(chuàng)新與突破
新型吸附劑的研發(fā)
近年來，科研人員在氦氣回收的新型吸附劑研發(fā)方面取得了顯著進展。例如，金屬有機框架材料（MOFs）因其具有高孔隙率和可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)，在氦氣吸附中展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。與傳統(tǒng)吸附劑相比，MOFs 能夠提供更多的活性吸附位點，從而提高氦氣的吸附容量。多孔性聚合物也是新興的吸附劑之一，其獨特的孔道結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對氦氣的..選擇性吸附。這些新型吸附劑的研發(fā)，大大提高了氦氣回收的效率和純度。吸附過程動力學(xué)的優(yōu)化
在吸附過程動力學(xué)的優(yōu)化方面，研究人員通過..控制溫度、壓力等操作參數(shù)，顯著提高了吸附速率和吸附容量。同時，建立了更..的吸附過程動力學(xué)模型，深入探究了吸附劑性質(zhì)與吸附效果之間的關(guān)系。例如，通過優(yōu)化溫度，使得吸附劑在特定溫度下對氦氣的親和力增強，從而加快吸附速度。壓力的合理調(diào)控也有助于增加吸附劑對氦氣的吸附量。這些創(chuàng)新帶來了顯著的效率提升。新型吸附劑的應(yīng)用使得氦氣回收率提高了[X]%，而吸附過程動力學(xué)的優(yōu)化則減少了回收所需的時間，降低了能耗，綜合提高了氦氣回收的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。未來，隨著研究的不斷深入，相信在新型吸附劑和吸附過程動力學(xué)優(yōu)化方面還會有更多的突破，為氦氣回收技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。
四、成功案例與經(jīng)驗分享
國內(nèi)成功案例
中國煤炭科工集團：成功研發(fā)..首套含氦煤氣層提取高純度氦氣裝置，在窯街煤電集團所屬海石灣煤礦實現(xiàn)應(yīng)用，產(chǎn)出純度高達 99.999%以上的高純氦氣。其攻克了多組分煤層氣變壓吸附、脫碳濃縮、提氦一體化分離等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了從煤層氣中提取氦氣的重大突破。這一成果得益于科研人員的努力攻關(guān)，為我國氦氣資源開發(fā)和利用提供了新途徑。有研集團有研工研院：其“氦氣回收提純技術(shù)與裝置”項目榮獲 2020 年“創(chuàng)客中國”北京市中小企業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獎項。該項目開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模塊化全自動氦氣回收提純及存儲裝置，氦氣回收率高于 90%，用氣成本節(jié)約至少 70%，并在兵器 211 所、北航、北科大等單位獲得好評。國外成功案例
日本東京大學(xué)物性研究所：在面臨“氦氣荒”的情況下，其回收設(shè)備可對使用過的氦氣進行 90%左右的回收。一方面開足馬力進行氦氣回收，另一方面與日本國內(nèi)公司討論回收可能性，以解決部分用氣需求。林德工程和巴斯夫：聯(lián)合開發(fā)了從天然氣中回收高價值產(chǎn)品的新型工藝，包括氦氣、液態(tài)烴和純化的二氧化碳等。該工藝融合了多項關(guān)鍵技術(shù)，提高了氦氣的提純濃度和收率，同時產(chǎn)生了額外的價值流，具有較高的..率。這些成功案例展示了不同研究院所在氦氣應(yīng)用及回收方面的創(chuàng)新和努力，其經(jīng)驗和成果可為其他院所提供寶貴的借鑒，推動氦氣領(lǐng)域的進一步發(fā)展。五、未來發(fā)展趨勢與展望
未來可能出現(xiàn)的新技術(shù)
隨著科技的不斷進步，科研氦應(yīng)用及回收領(lǐng)域有望出現(xiàn)更多創(chuàng)新技術(shù)。例如，基于人工智能和大數(shù)據(jù)的智能回收系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測和優(yōu)化氦氣回收過程，提高回收效率和精度。此外，新型的材料和吸附劑研發(fā)也將取得突破，進一步提升氦氣的吸附和分離效果，降低回收成本。納米材料的應(yīng)用：納米材料因其獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在氦氣回收領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。例如，納米碳管、納米沸石等材料可能具有更高的氦氣吸附能力和選擇性。生物技術(shù)的融合：生物技術(shù)的發(fā)展可能為氦氣回收帶來新的思路，如利用生物酶或微生物來促進氦氣的分離和提純。新應(yīng)用場景
在未來，科研氦將在更多..領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。量子計算：量子計算機的發(fā)展需要極低溫環(huán)境，氦氣的低溫特性將為其提供關(guān)鍵的冷卻支持。太空探索：隨著太空探索的深入，氦氣可能用于太空站的生命保障系統(tǒng)、航天器的推進系統(tǒng)等。能源存儲：研究人員正在探索利用氦氣在特定條件下的特性，開發(fā)新型的能源存儲技術(shù)。對資源可持續(xù)利用的影響
未來科研氦應(yīng)用及回收技術(shù)的發(fā)展，將對資源可持續(xù)利用產(chǎn)生積極影響。減少資源依賴：..的回收技術(shù)將減少對新開采氦氣資源的依賴，延長現(xiàn)有氦氣資源的使用年限。促進產(chǎn)業(yè)升級：推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)向更加環(huán)保、..的方向發(fā)展，提高資源利用效率，降低對環(huán)境的壓力。保障關(guān)鍵領(lǐng)域供應(yīng)：..在醫(yī)療、科研等關(guān)鍵領(lǐng)域的穩(wěn)定供應(yīng)，支撐這些領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展。
營業(yè)執(zhí)照
掃碼關(guān)注
當前位置：