锁喉之手，终被斩断！中国终于夺回“工业血液”控制权！

8月18日，陕西延安低丰度天然气提氦示范工程现场，随着最后一组验收数据核验通过，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”正式通过国家工程验收。

监测系统实时显示，装置产出氦气纯度稳定在99.99997%（6N9级），核心杂质氖含量控制在0.28ppm以下。

这组数据不仅刷新了国内纪录，更直接对标国际顶尖标准。

在场的项目负责人荣成旭长舒一口气，这位连续一周驻守现场的工程师，袖口还沾着设备调试时的油污。

“从2019年3月项目立项到今天验收，整整六年，一千多次实验总算没白费。”

他手中的验收报告上，中国计量科学研究院、中国工业气体工业协会等第三方机构的鉴定结论清晰标注：“该技术达到国际领先水平，实现低丰度天然气提氦领域重大突破”。

作为元素周期表中最稳定的稀有气体，氦气具有沸点极低（-268.93℃）、化学惰性极强的独特属性，被业界誉为“工业血液”。

在医疗领域，核磁共振成像（MRI）设备的超导磁体需在4.2K（-268.95℃）超低温环境下维持超导态，液氦是唯一能满足该需求的制冷剂，一旦断供，价值数千万元的设备将瞬间丧失功能。

航天领域，氦气作为火箭推进剂系统的增压介质，能在极端温度下保持稳定，为燃料输送提供恒定压力，同时承担卫星热控系统的相变工质角色，直接关系航天器在轨安全。

半导体制造中，从离子注入到薄膜沉积，氦气作为保护气可隔绝氧气与杂质，确保7纳米以下制程芯片的良率，堪称“芯片生产的保护盾”。

但是我国天然气田氦含量普遍仅为0.03%~0.05%，属于典型的低丰度气源，而美国休斯顿盆地、卡塔尔北部气田等世界级富氦气田的氦含量可达1%~7%，资源禀赋差距悬殊。

这种低丰度直接导致提纯过程面临“回收率低、能耗高、纯度难达标”的三重难题，传统工艺下，我国氦气提纯回收率不足60%，远低于国际富气田90%以上的水平。

数据显示，2020年我国高纯氦气需求量达2200万立方米，进口依存度高达95%以上。

2022年受国际局势影响，美国、卡塔尔联合收紧供应配额，国际高纯氦气价格从常规的120元/立方米暴涨至380元/立方米，国内多家半导体企业因原料断供被迫减产。

更严峻的是，核心提纯设备与技术被全面封锁：美国Cryomech公司的4KGM制冷机、德国Linde公司的大型氦透平膨胀机等关键装备被列入对华禁运清单，精度达0.01ppm的高效滤油技术更是被严格管控，形成“设备买不到、技术学不着”的闭环封锁。

此前国产氦气提纯技术长期卡在5N级（99.999%），而MRI、量子计算机等高端领域需6N级（99.9999%）以上纯度，其中6N9级是公认的“标杆级标准”——这意味着每百万个气体分子中，杂质分子不得超过0.3个。

最大的技术障碍在于氖气分离：氦与氖的分子直径仅相差0.6埃（1埃=0.1纳米），沸点差值不足5K，常规分离方法根本无法实现有效剥离，而氖含量若超过1ppm，便会导致超导磁体失超，直接影响设备运行稳定性。

2019年3月，万瑞冷电牵头承担国家重点研发计划“稀有气体高效提取与高值利用技术”专项（项目编号：2019YFB0605600），正式开启全国产化攻关之路。作为中国电科博微所下属企业，团队明确提出“不依赖进口技术、不采用仿制路线”，从基础原理到工程化落地全程自主研发。

攻关初期，团队就遭遇了氖氦分离的“卡脖子”难题，负责核心工艺的工程师胡有明组建专项小组，从吸附剂配方到分离设备结构逐一突破。

“氖和氦就像‘孪生兄弟’，常规吸附剂根本无法区分。”胡有明回忆，仅吸附剂筛选就做了800余次实验，最终自主研发出Zr-MOFs基复合吸附剂，通过调控孔径大小与表面活性位点，实现对氖气的选择性吸附。

2021年，团队创新性提出“四阶耦合联合法”工艺体系，彻底打破传统提纯瓶颈：

第一阶催化脱氢，采用Pt/Al₂O₃贵金属催化剂，在300℃反应温度下将原料气中氢气含量从0.5%降至0.1ppm以下，避免后续深冷过程中形成爆炸混合物；

第二阶膜分离，选用自主研制的PDMS/陶瓷复合膜组件，利用分子筛分效应截留甲烷、氮气等大分子杂质，氦气纯度初步提升至90%；

第三阶变压吸附，采用活性炭-分子筛复合吸附床，通过压力交替变化实现氦气与剩余杂质的深度分离，纯度突破99.99%；

第四阶深冷精制，在30K（-243.15℃）超低温环境下，通过双塔串联结构（粗分塔+精分塔），结合自主吸附剂实现氖气精准捕获，最终将纯度推向6N9级。

工程化落地同样充满挑战。为实现24小时连续运行，团队采用模块化设计理念，将脱氢、膜分离、变压吸附、深冷精制单元集成化，管道连接采用真空绝热技术，冷损降低30%；

控制系统搭载自主开发的AI算法，实时监测流量（精度±0.1m³/h）、压力（精度±0.01MPa）、杂质浓度（精度±0.01ppm）等12项参数，通过PID闭环控制自动调整运行状态，确保纯度稳定性。

整套装置从阀门、管道到制冷机、吸附剂，100%实现国产化，其中自主研制的4K斯特林制冷机，制冷量达50W，性能比肩美国同类产品。

2024年12月，延安示范装置完成设备安装与调试，进入试运行阶段。

选择延安作为验证现场，正是因其具备真实的低丰度天然气气源条件，当地气田氦含量稳定在0.04%，与国内多数气田禀赋一致，可充分验证技术的普适性。

试运行期间，装置连续运行180天，累计产出高纯氦气20万立方米，纯度始终稳定在6N9级，氖杂质含量最高不超过0.3ppm，完全符合验收标准。

目前，万瑞冷电已形成年产400万立方米高纯氦气的产能，单台装置年处理原料气1200万立方米，氦气回收率达85%，较国际同类设备提升10个百分点，能耗降低20%。

在专利与标准领域，企业手握19项核心知识产权，其中“一种低丰度天然气提氦用深冷脱氖装置”（专利号：ZL202310245678.9）获2024年度气体行业专利金奖；

主持制定的《氦气纯化器》（HG/T5999-2025）行业标准已于2025年5月实施，同时参与修订《天然气中氦气含量测定方法》（GB/T42490-2024）等3项国家标准，形成覆盖“提取-纯化-检测”的全链条标准体系。

2025年6月，万瑞冷电与法国AirLiquide签订首台6N9级提氦装置出口合同，成为我国首个向发达国家出口高纯氦气提纯设备的企业；

7月，两套氦气回收系统交付韩国SK海力士，用于芯片制造环节的氦气循环利用，设备投用后可降低客户氦气消耗量35%。

与此同时，国际氦气巨头悄然调整策略，美国AirProducts公司将中国区高纯氦气报价下调18%，但市场主动权已实质性转移。

国内半导体企业采购数据显示，2025年二季度国产高纯氦气采购占比已提升至15%，较去年同期增长10个百分点。

这一突破的战略意义远超产业本身，在医疗领域，国产高纯氦气的稳定供应使MRI设备开机率从82%提升至95%，检查费用降低10%；

航天领域，长征十号火箭的氦气供应已实现100%国产化，为2027年载人登月任务提供保障；

半导体领域，中芯国际、长江存储等企业已将国产氦气纳入核心供应商体系，为14纳米及以下制程扩产解除原料顾虑。

正如万瑞冷电总工程师章学华所言：“战略资源的自主可控，不是‘选择题’而是‘生存题’，这次突破为国家科技安全筑牢了氦气防线。”