一、核心特性与资源现状

高纯氦气（He）是一种无色、无味、无毒的惰性气体，具有极低沸点（-268.94℃）、不可燃、微溶于水等特性，其纯度需达到99.999%以上（GB/T4844-2011标准），每10万份气体中杂质含量不超过1份，其中氧气＜0.5ppm、氢气＜0.1ppm，且不含二氧化碳、甲烷等干扰性杂质。作为宇宙中含量第二的元素，地球上的氦气资源高度稀缺，主要伴生于天然气与煤层气中。我国氦气资源总量约11亿立方米，但长期依赖进口（对外依存度曾达95%），2023年后通过技术突破逐步实现国产化。

二、提取工艺与技术创新

高纯氦气的工业化生产需经过“富集-分离-纯化”多阶段处理，核心技术路径包括：

1. 低温精馏法：通过逐级冷凝至-190℃，利用不同气体沸点差异分离氦气，需处理90%浓度的氖氦混合气，适用于高纯度需求场景。

2. 膜分离法：采用中空纤维膜组件实现氦氢分离，具有能耗低、操作灵活的优势，常与其他工艺耦合使用。

3. 变压吸附+膜分离+精制纯化：我国创新工艺，可将原料气中0.1%的氦浓度提升至99.999%以上。例如，中国煤科开发的含氦煤层气提氦技术，融合变压吸附脱碳、膜分离浓缩及低温吸附纯化，产出纯度达99.9999%的产品，且提氦后残余气体可用于发电，实现资源高效利用。

国内已建成全球首套3.6万Nm³/d含氦煤层气提取装置、天然气闪蒸气提氦项目及年产百万方级高纯氦装置（四川空分集团），形成“液化提纯-运输-应用”全产业链能力。

三、多领域关键应用

高纯氦气因独特的物理化学性质，成为高新技术产业的“刚需资源”：

● 医疗领域：液氦是核磁共振成像仪（MRI）超导磁体的冷却介质，其超低温环境（4.2K）保障超导线圈零电阻运行，直接影响成像清晰度；与医用氧气混合可作为深海作业呼吸气体，避免氮气麻醉风险。

● 半导体与电子制造：作为载气用于气相色谱仪（GC）、气质联用仪（GC-MS），确保分析精度；在芯片制造中作为保护气，防止晶圆氧化，提升良率。

● 能源与工业检测：空调领域氦漏仪的检漏气体，凭借小分子尺寸精准定位微小泄漏；与高纯氩气配合用作特殊焊接保护气，适用于镁、锆等活性金属加工。

● 科研与航空航天：液氦为超导材料研究提供极低温环境；作为氦气球、飞艇的填充气体，替代可燃氢气；在航天器中用于燃料系统检漏与姿态控制。

四、安全规范与市场趋势

尽管氦气无毒不可燃，但其窒息风险需严格防控：当空气中氦浓度过高导致氧含量＜19.5%时，会引发呼吸加快、昏迷甚至死亡。使用时需采用YQY-12型减压器，确保气瓶压力（通常15MPa）稳定，定期用肥皂水检漏。储存运输需避免暴晒、撞击，液氦接触皮肤可致严重冻伤。

当前，全球高纯氦气需求年增速超5%，半导体与医疗设备是主要驱动力。我国通过煤层气提氦、LNG-BOG提氦等技术突破，正逐步降低进口依赖。未来，随着低温精馏与膜分离耦合工艺的普及，以及“双碳”目标下能源结构转型，高纯氦气国产化将为我国高端制造、大科学装置（如高温气冷堆）提供关键资源保障，助力科技自立自强。