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在現(xiàn)代工業(yè)版圖中，氦氣是一種十分“矛盾”的氣體資源。它很輕，輕到能飄向云端。它無色無味，常常被人忽略，是僅次于氫氣最輕的氣體。它又很“重”，重到支撐起國之重器。芯片光刻冷卻、核磁共振超導(dǎo)、火箭燃料增壓、核聚變裝置等諸多尖端領(lǐng)域，都離不開氦氣的身影。
氦氣在我國氣田中的含量極低，提取難度大。“就好比從兩杯水里篩沙子，一杯水里只有一粒沙，另一杯里卻一堆沙。”篩選過程中，技術(shù)人員必須造出一張精度極高的“膜”，上面布滿微小孔洞，小到只有氦原子能夠通過，從而實現(xiàn)與其他氣體精準(zhǔn)分離。
而國內(nèi)氦氣的核心應(yīng)用場景——核磁共振成像、半導(dǎo)體、航空航天等領(lǐng)域，恰恰對純度有著嚴(yán)苛要求。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，氦氣用于光刻機(jī)超導(dǎo)冷卻、晶圓精密溫控、超潔凈保護(hù)及質(zhì)譜檢漏等環(huán)節(jié)，純度必須達(dá)到99.999%（5個9，即5N級）以上；航空航天火箭推進(jìn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，純度更是要求不低于99.9999%（6個9，即6N級）。
圖：萬瑞冷電研制的“低溫精制及脫氖裝置”在延安天然氣提氦項目現(xiàn)場穩(wěn)定運行。
對此，電科博微萬瑞冷電自主研制低溫精制及脫氖裝置，產(chǎn)出氦氣純度高達(dá)99.99997%（6N級），氖氣雜質(zhì)低于0.3ppm，成為國內(nèi)首套從天然氣中提取6N級超純氦氣的裝置。
這項技術(shù)不簡單。電科博微萬瑞冷電總工程師章學(xué)華表示，由于天然氣中氦氣含量不高，國內(nèi)大多數(shù)氣源提氦后，還需進(jìn)一步的提純與精制。工藝最大的技術(shù)難點在于氦和氖的分離。“氦和氖的分子直徑只差0.6埃米，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的百萬分之一，加上天然氣和空氣含量少，不和其他物質(zhì)反應(yīng)，傳統(tǒng)工藝幾乎無法有效分離。”這就像一對長得幾乎一模一樣的雙胞胎，還不搭理人，外人很難分辨。
針對提氦過程中的各類雜質(zhì)，萬瑞冷電打出一套技術(shù)“組合拳”，采用膜分離、變壓吸附、催化脫氫、低溫精制四階耦合工藝。前兩道工序如同精密“篩子”與“吸附器”，脫除甲烷和氮氣；催化脫氫通過化學(xué)反應(yīng)去除氫氣；深低溫精制則利用高比表面積吸附劑，精準(zhǔn)分離氖氣。這套設(shè)備有效解決了低豐度氦氣制備投資大、運營成本高和操作彈性小的難題，其制造與運營成本較國外同類產(chǎn)品降低約30%。更關(guān)鍵的是，高效吸附劑、低溫制冷設(shè)備、低溫閥門及核心配件大多實現(xiàn)自主創(chuàng)新。
在氦氣回收純化領(lǐng)域，萬瑞冷電同樣持續(xù)發(fā)力，研制出國內(nèi)首臺大型氦氣回收裝置，推出了工業(yè)氦氣循環(huán)利用設(shè)備。“通過我們的回收、純化技術(shù)，每年能節(jié)約300萬立方米氦氣，大幅降低對新增氦資源的需求。”章學(xué)華說。
