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一、核心特性與資源現狀

高純氦氣（He）是一種無色、無味、無毒的惰性氣體，具有極低沸點（-268.94℃）、不可燃、微溶于水等特性，其純度需達到99.999%以上（GB/T4844-2011標準），每10萬份氣體中雜質含量不超過1份，其中氧氣＜0.5ppm、氫氣＜0.1ppm，且不含二氧化碳、甲烷等干擾性雜質。作為宇宙中含量第二的元素，地球上的氦氣資源高度稀缺，主要伴生于天然氣與煤層氣中。我國氦氣資源總量約11億立方米，但長期依賴進口（對外依存度曾達95%），2023年后通過技術突破逐步實現國產化。

二、提取工藝與技術創新

高純氦氣的工業化生產需經過“富集-分離-純化”多階段處理，核心技術路徑包括：

1. 低溫精餾法：通過逐級冷凝至-190℃，利用不同氣體沸點差異分離氦氣，需處理90%濃度的氖氦混合氣，適用于高純度需求場景。

2. 膜分離法：采用中空纖維膜組件實現氦氫分離，具有能耗低、操作靈活的優勢，常與其他工藝耦合使用。

3. 變壓吸附+膜分離+精制純化：我國創新工藝，可將原料氣中0.1%的氦濃度提升至99.999%以上。例如，中國煤科開發的含氦煤層氣提氦技術，融合變壓吸附脫碳、膜分離濃縮及低溫吸附純化，產出純度達99.9999%的產品，且提氦后殘余氣體可用于發電，實現資源高效利用。

國內已建成全球首套3.6萬Nm3/d含氦煤層氣提取裝置、天然氣閃蒸氣提氦項目及年產百萬方級高純氦裝置（四川空分集團），形成“液化提純-運輸-應用”全產業鏈能力。

三、多領域關鍵應用

高純氦氣因獨特的物理化學性質，成為高新技術產業的“剛需資源”：

● 醫療領域：液氦是核磁共振成像儀（MRI）超導磁體的冷卻介質，其超低溫環境（4.2K）保障超導線圈零電阻運行，直接影響成像清晰度；與醫用氧氣混合可作為深海作業呼吸氣體，避免氮氣麻醉風險。

● 半導體與電子制造：作為載氣用于氣相色譜儀（GC）、氣質聯用儀（GC-MS），確保分析精度；在芯片制造中作為保護氣，防止晶圓氧化，提升良率。

● 能源與工業檢測：空調領域氦漏儀的檢漏氣體，憑借小分子尺寸精準定位微小泄漏；與高純氬氣配合用作特殊焊接保護氣，適用于鎂、鋯等活性金屬加工。

● 科研與航空航天：液氦為超導材料研究提供極低溫環境；作為氦氣球、飛艇的填充氣體，替代可燃氫氣；在航天器中用于燃料系統檢漏與姿態控制。

四、安全規范與市場趨勢

盡管氦氣無毒不可燃，但其窒息風險需嚴格防控：當空氣中氦濃度過高導致氧含量＜19.5%時，會引發呼吸加快、昏迷甚至死亡。使用時需采用YQY-12型減壓器，確保氣瓶壓力（通常15MPa）穩定，定期用肥皂水檢漏。儲存運輸需避免暴曬、撞擊，液氦接觸皮膚可致嚴重凍傷。

當前，全球高純氦氣需求年增速超5%，半導體與醫療設備是主要驅動力。我國通過煤層氣提氦、LNG-BOG提氦等技術突破，正逐步降低進口依賴。未來，隨著低溫精餾與膜分離耦合工藝的普及，以及“雙碳”目標下能源結構轉型，高純氦氣國產化將為我國高端制造、大科學裝置（如高溫氣冷堆）提供關鍵資源保障，助力科技自立自強。