摘要：氦气，这种在常温下看似普通的气体，却是支撑现代科技工业体系不可或缺的战略资源。从核磁共振仪器超导磁体的冷却，到半导体芯片的制造，从火箭发射到量子计算机的运行，都离不开这种沸点低至-269°C的神奇气体。

一场关于“气体黄金”的争夺战正在全球科技与能源领域悄然上演，而中国正在改变游戏规则。

氦气，这种在常温下看似普通的气体，却是支撑现代科技工业体系不可或缺的战略资源。从核磁共振仪器超导磁体的冷却，到半导体芯片的制造，从火箭发射到量子计算机的运行，都离不开这种沸点低至-269°C的神奇气体。

由于氦气在地球上的稀缺性和不可替代性，它长期被称为 “气体黄金”。

过去百年间，全球氦气市场被美国等少数国家垄断，中国作为全球第二大氦气消费国，进口依赖度曾高达95%以上。但这一格局正在被打破。

01 战略价值：为何氦气牵动国家安全的神经？

氦气作为一种惰性气体，具有最低的沸点、极高的导热性和稳定的化学性质，这些特性使其在众多高科技领域扮演着不可替代的角色。

在医疗领域，液氦对于维持MRI（核磁共振成像）设备的超导磁体稳定至关重要，全球每台MRI年消耗液氦高达1.2万升。

在半导体行业，芯片光刻过程需要99.9999%的超纯氦气进行冷却，每片12英寸晶圆消耗约30升氦气。

航空航天领域更是氦气消耗大户，长征系列火箭每枚消耗氦气5000立方米，而高温气冷堆采用氦循环冷却，可使核电效率提升40%。

更为关键的是，在量子计算和核聚变等前沿科技领域，氦气是维持极端低温环境的核心介质。中国“九章三号”量子计算机的液氦用量较前代翻倍，而核聚变实验装置HL-2M每次实验消耗500立方米液氦。

氦气的战略地位如此重要，以至于美国早在一战起就开始重视氦资源保护与开发，2007年将氦气核定为战略储备资源，2018年又列入35种危机矿种。

02 市场格局：全球氦气提纯产业谁主沉浮？

根据QYResearch的统计和预测，2024年全球工业氦气提纯市场销售额达到3.93亿美元，预计2031年将增长至7.03亿美元，年复合增长率达8.8%。

全球氦气提纯市场呈现出高度集中的竞争格局。行业内前六的企业占据了超过60%的市场份额，核心厂商主要包括Entegris、Taiyo Nippon Sanso、Ivys Adsorbation、Air Liquide等。

从地区分布来看，北美占据了约40%的全球市场份额，是最大的氦气提纯市场。

模块化氦提纯装置作为新兴产品形式，正展现出强劲增长势头。预计到2031年，全球模块化氦提纯装置市场销售额将达到42.3亿元，年复合增长率为7.6%。

应用市场方面，医疗领域是氦气纯化系统最主要的需求来源，占据约30.4%的份额。半导体领域的需求增长最为迅速，中国半导体用氦从2020年的300万立方米猛增至2024年的890万立方米，占全球需求的14%。

03 技术挑战：氦气提纯难在何处？

氦气提纯面临的首要挑战源于其极低的沸点（-269°C）。氦气是目前已知沸点最低的气体，通过传统的热力学吸收方法很难实现高效提取分离。

当前主流的氦气提纯技术包括深冷分离、膜分离和吸附分离三大路线。

深冷分离技术依托组分间沸点差异，通过精馏塔实现氦与氮的高效分离，是目前大型项目普遍采用的技术，但存在高能耗与投资成本的问题。

膜分离技术依靠气体渗透性差异，在压差驱动下使氦优先透过膜材料。但现有聚合物膜（如聚酰亚胺）的He/N2选择性多低于100，需多级串联与中间压缩来提升纯度，限制了其经济性。

吸附分离利用吸附剂对氮等杂质的选择性吸附实现氦纯化，尤其适用于最终精制阶段。但传统变压吸附在处理低浓度氦气时回收率较低，如印度ONGC试点采用四级PSA串联处理0.06%含氦天然气，回收率仅65%。

中国的特殊挑战在于资源禀赋劣势。我国天然气田氦含量仅为0.03%—0.05%，远低于国外1%—7%的水平。

此外，氦气提取过程中还需精准脱除氖气等难以处理的杂质，要求温度控制在30K（约-243°C）的深低温环境，对设备和技术提出了极高要求。

04 中外差距：从严重依赖到逐步突破

在氦气资源方面，中美差距极为明显。美国是世界上氦资源最丰富的国家，占世界总储量的40%以上。而中国已探明的氦气储量11亿立方米，其中可直接采收的氦资源总量不到全球0.1%。

在技术积累上，美国拥有长达百年的氦气提取历史，14套天然气提氦装置中除两套外均采用低温提取工艺。空气产品公司（AP）的低温精馏技术可将含氦0.66–8.2%的天然气提纯至99.9999%。

中国氦气提纯技术发展起步较晚，但近年来取得了一系列突破。2024年，中国在氦气提纯领域实现密集突破，进口依赖度从95%骤降至43.4%。

具体来看，安徽万瑞冷电科技有限公司自主研制的低温精制及脱氖装置产出氦气纯度高达99.99997%（6N9级），氖气杂质低于0.3ppm。

珠海森铂自主研发的真空提氦冷箱，可从含氦量仅0.03%的液化天然气尾气中，每小时提取65立方米、纯度达99.9998%的超纯氦气，提取效率较国际平均水平提升了1.5倍。

山西丰圣能源则实现了6N级（99.9999%）超高纯氦气量产，其“膜分离+PSA+合金脱氢”工艺攻克了煤层气提氦的全球难题。

05 未来趋势：技术融合与全球供应链重构

未来氦气提纯技术发展将趋向于混合工艺的广泛应用。通过结合膜与吸附技术的优势，成为低浓度氦提取的经济方案。

加拿大Mankota工厂采用Evonik膜与Linde PSA组合，从1–2%原料气生产99.999%氦气，回收率95%。

技术创新将更加聚焦于提升材料性能。开发具有自主知识产权的高性能天然气提氦膜材料与膜组件，是实现低成本天然气提氦的关键。

新兴的双回流PSA（DR-PSA）与三回流PSA（TR-PSA）技术可单级同时回收多组分，如从含10% He、20% CH4、70% N2的混合气中分别浓缩至93.22%、79.92%和96.13%。

全球氦气供应链正在重塑。美国凭借35%的储量和48%的产量仍居全球首位，但受页岩气开采导致氦含量下降影响，预计2025年产量同比减少12%。

中国则通过援建坦桑尼亚氦气厂、与俄罗斯联合开发西伯利亚气田，逐步构建起不依赖美国的国际供应链网络。

到2025年，中国年产能预计达到1765万立方米，技术覆盖天然气提氦、LNG尾气回收、煤层气提取等全场景。

06 中国路径：如何实现从追赶到引领的跨越？

中国氦气提纯技术的突破路径，首要是发展面向低品位资源的提纯技术。开发面向贫氦天然气的低成本提取技术是保障我国氦资源安全的关键难题。

在这方面，气体分离膜技术因分离过程不涉及相变，具有绿色、高效、节能的优点，为低成本天然气提氦提供了新机遇。

技术融合创新是中国企业突破的关键路径。万瑞冷电团队历时六年，首创“联合法”提氦工艺，集成脱氢、膜分离、变压吸附与低温精制四大流程。

山西丰盛公司采用“精馏脱甲烷+膜分离+PSA+合金脱氢+深冷”工艺产出99.9999%氦气，实现了从低品位资源中高效提取。

全链条自主创新也是中国突破技术封锁的重要策略。万瑞冷电依托自主知识产权，已获得19项专利，并主导制定多项行业标准，实现了装备和工艺全面国产化。

中国企业还通过国际市场拓展提升全球影响力。万瑞冷电年产氦气400万立方米，不仅满足国内需求，还批量出口装备。中国自主研发的低温吸附与精馏技术将关键部件国产化率从30%提升至80%，并已向俄罗斯、非洲输出整套设备。

在回收与再利用方面，中国也取得显著进展。比亚迪搭建的氦气闭环回收系统，让全国15万台核磁共振设备每年节省进口成本2亿元。

中科院研发的钴基量子磁性材料在零下253℃实现无氦超导，可替代70%的医用液氦，未来可能重构医疗用氦格局。

全球氦气市场的版图正在重构。随着中国技术的不断突破，美国主导的氦气霸权正逐渐松动。根据预测，到2025年，中国年产能将达到1765万立方米，满足国内45%的高端氦气需求。

氦气提纯技术的竞争远不止于商业利益，更关乎未来科技主导权。从量子计算到核聚变，从半导体到航空航天，每一个依赖氦气的领域都是大国竞争的焦点。

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来源：金脉洞见