孝感信安达高纯氦气的制备工艺具有较高的技术门槛,目前全球范围内主流的制备路线以天然气提氦为主,辅以少量的空气分离提氦和核反应堆副产提氦,其中天然气提氦工艺因其原料氦含量相对较高、成本相对较低,成为高纯氦气的主要制备方式。天然气提氦工艺主要分为粗提和精制两大阶段,需经过多道复杂工序逐步去除杂质,最终实现氦气的高纯度提纯。
在粗提阶段,核心目标是从天然气中分离出氦含量较高的粗氦气。首先,天然气原料需经过预处理工序,去除其中的硫化氢、二氧化碳、水分、重烃等易产生堵塞和腐蚀的杂质,避免后续设备受损。预处理完成后,采用低温精馏技术对天然气进行分离,利用氦气与天然气中其他组分(如甲烷、乙烷、丙烷等)沸点的巨大差异,在低温环境下将甲烷等重组分冷凝为液体分离出去,得到氦含量约为10%-50%的粗氦气。部分氦含量较低的天然气原料,还需在低温精馏前增加压力 swing 吸附(PSA)工序,进一步富集氦气,提升粗氦气的氦含量。在精制阶段,核心目标是将粗氦气中的微量杂质(如氮、氧、甲烷、水分等)进一步去除,提升氦气纯度至5N级及以上。常用的精制工艺包括低温精馏深化分离、活性炭吸附、分子筛吸附、膜分离等,通常需要多种工艺组合使用。
例如,先通过低温精馏进一步分离粗氦气中的氮等杂质,再利用活性炭和分子筛的吸附特性,在特定温度和压力条件下,选择性吸附去除剩余的微量氧、水分、甲烷等杂质;对于要求更高纯度的氦气,还需增加膜分离工序,利用特殊膜材料对不同气体组分的渗透速率差异,实现氦气与微量杂质的深度分离。此外,对于超高纯氦气(6N级及以上)的制备,还需在上述工艺基础上增加低温吸附等深度提纯工序,确保杂质含量控制在1×10⁻⁶以下。除了天然气提氦,空气分离提氦工艺是利用空气作为原料,通过深度冷冻分离技术先分离出富氩馏分,再从中提取氦气,但由于空气中氦气含量极低(仅约5.2×10⁻⁶),该工艺制备成本极高,仅适用于特殊场景。核反应堆副产提氦则是利用核反应堆运行过程中产生的氦气作为原料进行提纯,产量相对较少,受核反应堆运行计划影响较大。从行业发展趋势来看,随着全球高端制造业、科研航天、新能源、生物医药等领域的快速发展,高纯氦气的市场需求持续稳步增长,尤其是在半导体芯片、超导技术、量子计算、航天航空等高端领域,对超高纯氦气的需求增长更为显著。
未来,高纯氦气行业的发展将聚焦于三大核心方向:一是提升制备工艺效率,降低生产成本。通过研发新型高效的分离材料(如高性能分子筛、膜材料)、优化工艺路线、智能化控制生产过程等方式,提升氦气提取率和提纯效率,降低单位产品的能耗和成本,缓解氦气资源稀缺带来的价格压力。
二是加强氦气回收与循环利用技术研发。氦气是不可再生资源,全球氦气储量有限,且主要集中在少数国家,回收与循环利用已成为行业共识。未来将重点研发适用于不同应用场景的氦气回收设备和工艺,如半导体制造、磁共振成像设备等场景的氦气回收系统,提高氦气的重复利用率,减少资源浪费,保障氦气供应的稳定性。
三是拓展新兴应用领域。除了传统的电子半导体、航天航空等领域,未来将进一步拓展高纯氦气在新能源(如氢燃料电池制造、储能设备冷却)、生物医药(如低温冷冻保存、药物研发实验)、高端装备制造(如精密仪器校准、激光技术)等新兴领域的应用,挖掘新的市场增长点。
此外,随着全球对资源安全和环境保护的重视程度不断提升,孝感信安达高纯氦气行业还将朝着绿色低碳方向发展,通过优化生产过程中的能源结构、减少污染物排放等方式,实现行业的可持续发展。同时,各国也将加强氦气资源的战略储备和行业监管,规范市场秩序,保障氦气行业的健康发展。