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(gè)不太起眼的存在，可一旦提及它的用途，你定會(huì)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(cè)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(qiáng)大且穩(wěn)定的磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)高精度成像。氦氣憑借其極低的沸點(diǎn)（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(yùn)轉(zhuǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)常規(guī)的 MRI 設(shè)備大約需要 2000 升的超低溫液氦來(lái)維持超導(dǎo)磁體的超低溫環(huán)境，以便正常運(yùn)行和準(zhǔn)確成像。

科研領(lǐng)域同樣離不開(kāi)氦氣。在物理實(shí)驗(yàn)中，研究超導(dǎo)材料時(shí)，需要?jiǎng)?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(shí)驗(yàn)里，科研人員通過(guò)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(lái)超導(dǎo)技術(shù)的突破奠定基礎(chǔ)。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在航空航天領(lǐng)域，氦氣的身影也隨處可見(jiàn)?；鸺l(fā)射時(shí)，它被用作制冷劑，冷卻火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵部件，..在高溫高壓的極端工作環(huán)境下，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行；同時(shí)，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(dòng)機(jī)中，助力火箭沖破云霄。美國(guó)國(guó)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(cè)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(chǔ)量卻十分有限。這是因?yàn)楹獾男纬蛇^(guò)程極為漫長(zhǎng)，主要源于放射性元素（如鈾、釷）的衰變。在衰變過(guò)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(wú)法滿足人類日益增長(zhǎng)的需求。

從資源分布來(lái)看，..氦氣儲(chǔ)量分布不均。美國(guó)是氦氣儲(chǔ)量..為豐富的國(guó)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(chǔ)備庫(kù)，是....的氦氣儲(chǔ)備設(shè)施之一。而我國(guó)氦氣儲(chǔ)量?jī)H占..的 2% 左右，屬于 “貧氦國(guó)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(kāi)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(kāi)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(diǎn)極低，在分離過(guò)程中需要?jiǎng)?chuàng)造超低溫環(huán)境，這對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求極高，進(jìn)一步增加了開(kāi)采成本。

在使用過(guò)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(huì)迅速逃逸到太空中，很難再被收集利用。以氦氣球?yàn)槔?，?dāng)氣球破損或放飛后，其中的氦氣很快就會(huì)逸散到大氣層中，無(wú)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(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，..每年因各種使用場(chǎng)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(duì)氦氣需求的不斷增長(zhǎng)，氦氣的供需矛盾日益突出。如果不及時(shí)開(kāi)展氦氣回收工作，未來(lái)氦氣資源短缺的問(wèn)題將愈發(fā)嚴(yán)重，不僅會(huì)制約相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，還可能影響到國(guó)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(wèn)題的關(guān)鍵舉措 。

..技術(shù)大揭秘

面對(duì)氦氣資源的稀缺現(xiàn)狀，氦氣回收技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為..氦氣短缺問(wèn)題帶來(lái)了希望。目前，常見(jiàn)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(dú)特的原理、優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)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(xiàng)目中應(yīng)用廣泛。其原理是利用氦氣與其他氣體沸點(diǎn)的巨大差異，通過(guò)低溫冷卻，使天然氣中的其他成分（如甲烷、乙烷、氮?dú)獾龋┰诓煌瑴囟认乱来卫淠梢后w，而氦氣由于沸點(diǎn)極低（約為 - 269℃），始終保持氣態(tài)，從而實(shí)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(guó)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(guò)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(guó)內(nèi)眾多行業(yè)對(duì)氦氣的需求。在一些科研機(jī)構(gòu)的大型實(shí)驗(yàn)裝置中，深冷法也被用于回收實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的含氦尾氣。這些實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)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(shí)現(xiàn)氦氣的循環(huán)利用，降低實(shí)驗(yàn)成本。

不過(guò)，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(lái)實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境，這使得運(yùn)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(duì)和大量的資金投入。而且，該技術(shù)對(duì)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(jī)時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)對(duì)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(duì)不同氣體的吸附能力差異來(lái)實(shí)現(xiàn)氦氣回收的技術(shù)。在吸附過(guò)程中，吸附劑會(huì)優(yōu)先吸附混合氣體中的雜質(zhì)氣體（如二氧化碳、氮?dú)?、水蒸氣等），而氦氣則相對(duì)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(guò)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(lái)，恢復(fù)吸附劑的吸附能力，實(shí)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(shí)驗(yàn)室，由于實(shí)驗(yàn)規(guī)模較小，產(chǎn)生的含氦尾氣量也相對(duì)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(jiǎn)單，占地面積小，能夠滿足實(shí)驗(yàn)室對(duì)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(guò)程中使用的氦氣。芯片制造對(duì)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(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活，投資成本相對(duì)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(wèn)題，這增加了運(yùn)行成本。而且，吸附法對(duì)氦氣的回收率相對(duì)較低，對(duì)于一些對(duì)氦氣回收率要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，可能無(wú)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(duì)不同氣體分子的滲透速率差異來(lái)實(shí)現(xiàn)氦氣分離的技術(shù)。當(dāng)混合氣體通過(guò)薄膜時(shí)，氦氣分子由于體積小、運(yùn)動(dòng)速度快，能夠快速透過(guò)薄膜，而其他氣體分子則相對(duì)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，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(guò)程中使用的氦氣。光刻是半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵工藝，對(duì)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(guò)多級(jí)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(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它可以在常溫下進(jìn)行操作，無(wú)需復(fù)雜的制冷設(shè)備，降低了投資和運(yùn)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(chǎng)進(jìn)行氦氣回收。

當(dāng)然，膜分離法也有其缺點(diǎn)。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(yùn)行成本；另一方面，膜分離技術(shù)對(duì)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(guò)申請(qǐng)..來(lái)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(qiáng)大動(dòng)力。

陜西迪凱機(jī)電科技有限公司的 “一種氦氣檢測(cè)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(guò)臨時(shí)儲(chǔ)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(guò)粗過(guò)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(shí)，能自動(dòng)停止水的循環(huán)流動(dòng)，保障氦氣順利進(jìn)入吸附過(guò)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(shí)，水又能循環(huán)流動(dòng)，保持用水的清潔度。而且，過(guò)濾清掃組件還能及時(shí)清理粗過(guò)濾的雜質(zhì)，..裝置持久穩(wěn)定運(yùn)行 。在工業(yè)氦氣檢漏場(chǎng)景中，該裝置可..回收使用過(guò)的氦氣，減少雜質(zhì)和水蒸氣對(duì)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。