近日，由中国煤科煤科院承建的全球首套3.6万Nm3/d含氦煤层气提取高纯氦气装置在窑街煤电集团甘肃科贝德煤与煤层气开发技术有限公司实现一次开车成功，顺利产出99.999%以上纯度的高纯氦气，标志着我国完全掌握了含氦煤层气提氦成套工艺及其工程化技术，我国含氦煤层气提取高纯氦气技术获得重大突破。
氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性物资之一，被称为“黄金气体”，用途极其广泛，涵盖航空航天、国防军工、高端医疗、半导体制造、大科学装置等众多领域。虽然我国资源丰富，但我国氦气资源相对匮乏，氦气资源量仅占全球资源量的2%，消费量却居全球第二，同时由于氦气提取难度大，且无法通过化学合成获得，因此对外依存度极高。目前，从天然气中提取氦气是唯一工业化生产方式。
窑街煤电集团其所属海石湾煤矿煤层气是我国极为稀少的含氦煤层气资源，多年来，该煤层气一直被用作工业燃料，其中的氦气资源未能得到有效利用，如何从成分复杂的煤层气资源中提取氦气是摆在窑街煤电集团面前的现实难题。
煤层气作为一种非常规天然气，相较于天然气，其成分更为复杂，提取氦气难度大。尤其针对窑街煤电集团海石湾矿煤层气，同时还含有大量的二氧化碳，分离提氦难上加难。为解决这一问题，自2021年开始，煤科院联合窑街煤电集团就含氦煤层气提氦技术开展科研攻关。凭借着煤科院在气体分离提纯领域深厚的技术积累，攻关团队融合变压吸附、膜分离等多项气体分离关键技术，不同于常规的天然气液化提氦，首创“变压吸附+膜分离+精制纯化”的煤层气提氦工艺，攻克了多组分煤层气变压吸附脱碳、浓缩、提氦一体化分离关键技术以及膜分离和高效精制纯化耦合关键技术，氦气纯度从0.1%提高至99.999%以上，最高可达到99.9999%以上，获得了高纯氦气产品，实现了“含氦煤层气制备高纯氦气”工程化放大应用。不仅如此，将提氦后的煤层气继续用作发电原料气，使煤层气和氦气资源同时得到高效利用，为企业创造了“一举多得”的经济、社会和环境效益，为氦气资源获取提供了新途径。
煤科院作为集团公司煤炭清洁高效利用领域的重要支撑单位，承担着推动煤炭行业低碳转型的历史使命，依托国家科技重大专项支持，持续深耕煤层气利用领域，通过工艺技术开发、中试放大验证及成果转化工程应用，自主开发了变压吸附浓缩技术，覆盖了煤层气全浓度梯级范围，实现了煤层气多渠道、多产品综合利用。未来，煤科院提氦成套工艺技术推广应用至天然气提氦领域，将增加我国氦气资源供给途径，为我国低温超导、半导体制造、高温气冷堆和大科学装置等产业发展提供有力保障。
供稿：煤科院
编辑：师新伟
