近日，由中國煤炭科工集團(tuán)煤科院承建的全球首套3.6萬Nm3/d含氦煤層氣提取高純氦氣裝置在窯街煤電集團(tuán)甘肅科貝德煤與煤層氣開發(fā)技術(shù)有限公司實(shí)現(xiàn)一次開車成功，順利產(chǎn)出99.999%以上純度的高純氦氣，標(biāo)志著我國完全掌握了含氦煤層氣提氦成套工藝及其工程化技術(shù)，我國含氦煤層氣提取高純氦氣技術(shù)獲得重大突破。
氦氣是國防軍工和高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的稀有戰(zhàn)略性物資之一，被稱為“黃金氣體”，用途極其廣泛，涵蓋航空航天、國防軍工、高端醫(yī)療、半導(dǎo)體制造、大科學(xué)裝置等眾多領(lǐng)域。雖然我國資源豐富，但我國氦氣資源相對匱乏，氦氣資源量僅占全球資源量的2%，消費(fèi)量卻居全球第二，同時(shí)由于氦氣提取難度大，且無法通過化學(xué)合成獲得，因此對外依存度極高。目前，從天然氣中提取氦氣是唯一工業(yè)化生產(chǎn)方式。
窯街煤電集團(tuán)其所屬海石灣煤礦煤層氣是我國極為稀少的含氦煤層氣資源，多年來，該煤層氣一直被用作工業(yè)燃料，其中的氦氣資源未能得到有效利用，如何從成分復(fù)雜的煤層氣資源中提取氦氣是擺在窯街煤電集團(tuán)面前的現(xiàn)實(shí)難題。
煤層氣作為一種非常規(guī)天然氣，相較于天然氣，其成分更為復(fù)雜，提取氦氣難度大。尤其針對窯街煤電集團(tuán)海石灣礦煤層氣，同時(shí)還含有大量的二氧化碳，分離提氦難上加難。為解決這一問題，自2021年開始，煤科院聯(lián)合窯街煤電集團(tuán)就含氦煤層氣提氦技術(shù)開展科研攻關(guān)。憑借著煤科院在氣體分離提純領(lǐng)域深厚的技術(shù)積累，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)融合變壓吸附、膜分離等多項(xiàng)氣體分離關(guān)鍵技術(shù)，不同于常規(guī)的天然氣液化提氦，首創(chuàng)“變壓吸附+膜分離+精制純化”的煤層氣提氦工藝，攻克了多組分煤層氣變壓吸附脫碳、濃縮、提氦一體化分離關(guān)鍵技術(shù)以及膜分離和高效精制純化耦合關(guān)鍵技術(shù)，氦氣純度從0.1%提高至99.999%以上，最高可達(dá)到99.9999%以上，獲得了高純氦氣產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了“含氦煤層氣制備高純氦氣”工程化放大應(yīng)用。不僅如此，將提氦后的煤層氣繼續(xù)用作發(fā)電原料氣，使煤層氣和氦氣資源同時(shí)得到高效利用，為企業(yè)創(chuàng)造了“一舉多得”的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益，為氦氣資源獲取提供了新途徑。
下一步，中國煤炭科工集團(tuán)煤科院提氦成套工藝技術(shù)將推廣應(yīng)用至天然氣提氦領(lǐng)域，增加我國氦氣資源供給途徑，為我國低溫超導(dǎo)、半導(dǎo)體制造、高溫氣冷堆和大科學(xué)裝置等產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力保障。
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