氦气纯化技术新型工业废氦气提纯循环利用-09322761502

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1、氦气纯化技术-新型工业废氦气提纯循环利用【技术领域】节能环保【技术开发单位】安徽万瑞冷电科技有限公司【背景简介】氦气是一种稀缺的战略资源，尤其在我国，氦气资源极其匮乏，几乎全部依 赖进口。但氦气用途非常广泛，是军事侦察用飞艇及工业光纤、半导体、空调、焊接等高 端制造领域的重要资源。十六所万瑞公司自2004年，开始为军方研制数套氦气循环保障系 统，并在此基础上先后为中科院国家重大科学工程研制数套高纯度氦气循环系统，逐步成 为国内该技术应用领域广泛、专业技术领先的企业。2012年，针对国内工业领域氦气消耗 量逐年大幅增长，但在工业领域没有提纯循环利用，消耗性使用后直接排入大气，造成极 大浪费的情况

2、，万瑞公司开始全力进行工业领域氦气提纯循环技术研究，通过不断的试验 与探索，最终成功研制出国内首台工业氦气循环利用系统。该系统现已成功投入到中天光纤科技公司、长飞光纤科技公司、格力（合肥）空调公 司等国内知名大公司正式运行，实测数据表明主要性能指标均超过了国际同类产品水平， 氦气整体循环利用率达到了60%以上，降低了生产成本，同时解决了企业由于氦气资源供 应不足而无法扩产的难题，使得氦气这一宝贵资源得以充分利用。为加快市场开发和技术 推广，万瑞公司还探索开发了合同能源管理、废气收购、设备销售、设备租赁、纯化技术 服务等多种商业模式，以适应不同行业的需求。目前，万瑞公司正积极与国内诸多知名空 调

3、、光纤企业洽谈合作，并努力开拓半导体制造等其他领域，同时开发国际市场，前景十 分广阔。后期，万瑞公司将进一步致力于建立一整套的工业废氦气纯化设备可行性设计、 控制技术和制造工艺流程，研发通用的设备开发平台，形成产业化发展。【技术简介】安徽万瑞冷电科技有限公司专注于深低温技术研究和设备开发，在低温系统 研制方面积累了丰富的理论基础和实践经验，建立了深低温核心技术优势。氦气提纯循环 设备所采用的低温、冷凝法，就依托于该技术。此外，在设备研制过程中还采用了大量低 温领域的新技术，包括高压氦气压缩机的减振、耐低温高压紫铜管道特种焊接技术、低温 高压活接密封技术等，以优化产品。在此基础上，通过在膜分离法

4、提纯技术上取得突破， 在国内首次掌握复合提纯分离方法，可将纯度10%的低纯氦气提纯至99.5%以上，系统纯 化回收率60%，达到国内领先水平，同时，在国内首次实现提纯设备与智能化控制系统相 结合，提升了设备的自动化、智能化水平，步入国际先进行列。【主要技术指标】类别参数原料氦气纯度50%提纯后氦气纯度99%氦气提纯速率10Nm 印hr氦气回收率90%控制方式全自动外形尺寸（长X宽X高）1.2mx0.8mx1.8m电源380VAC/3/50Hz/10kW【技术特点】安徽万瑞冷电科技有限公司在产品开发的技术储备、产品研发过程、产品应 用推广等使用了多项具有自主知识产权的自有技术和推广手段，使得产品

5、具备一定新颖性 先进性及独特性。具体说明如下：（1）先进的智能控制技术设备采用工业化的PLC对系统中中氦气的纯度、测量、压力、温度等进行监测。由此 实现对压缩机、干燥净化装置、纯化器、各控制阀门的全自动化监控，完成设备自动化操 作。全智能化、安全、可靠的自动控制技术亦是项目的一项关键技术和特点。（2）独有工业氦气复合纯化技术氦气提纯是一项国际前沿研究领域，采用的方法有低温冷凝、膜分离、变压吸附、化 学吸附等方法。安徽万瑞冷电科技有限公司在低温研究的基础上，突破低温冷凝分离法的 研究技术瓶颈，开发工业氦气膜分离提纯技术和设备，与国际巨头在氦气提纯技术和设备 方面展开竞争，并积极研究膜分离+低温分

6、离的复合氦气分离方法，结合膜分离高效性和 低温分离高回收率和高纯度的特点，将氦气首先经过膜分离技术进行粗提纯，然后采用低 温分离技术进行精提纯，满足工业领域节能与高纯的多重需要。【适用范围】氦主要用于医疗、军工、制冷、半导体、管道检漏、高精度焊接、金属制造、深海潜 水、光电子产品生产、气球载、科研、军事等领域。下面结合氦资源主要应用对氦资源用 户进行分析。（1）核磁共振（低温超导）领域核磁共振成像仪（MRI）采用低温超导磁体技术需液氦进行冷却，据统计，核磁共振成 像仪占了全球氦气用量的 34%,是最大的终端使用行业。虽然在发达国家核磁共振成像仪的 需求量正在减少，但是发展中国家的需求量仍然强劲

7、增长，从而保持了液氦的需求旺盛。2）制冷（家用电器）领域氦气主要用于冷凝器、蒸发器、管道系统的检漏。(3) 半导体、光纤领域氦气主要用于半导体工业中生长锗和硅晶体的保护气，光纤预制棒制作和光纤拉丝工 艺中冷却和保护性氛围气体。(4) 焊接保护气用途：当一些金属在加热或熔化时，为了阻止其和大气中的氧和氮反应，必须用惰性 气氛保护。金属焊接加工中消耗了大量的氦。在惰性气体保护的钨电弧焊(TIG)中，不 熔化的钨电、灼热的金属填充物和焊接区域要用连续的氦或氦-氩混合进行保护。保护焊接 所用的气体混合物，可以用氦和氩按不同比例配制。根据焊接工艺、焊丝和被焊的母材的 不同，混合气的组成可以不同，通常氦-

8、氩混合气中氦的含量为15%-70%。( 5)低温工程领域用途：由于氦的化学惰性和极低的液化点，它在除极低温度外的所有温度下都接近理 想气体行为，且单位质量的热容量高，黏度低和热导率高等特性，所以氦通常被用做封闭 循环低温制冷机的工作介质、国家重大科学工程中低温超导磁体和超导腔的冷却介质以及 大专院校科研实验等。( 6 )航天航空领域用途：在火箭和空间飞行器燃料系统中，氦气用于清洗低温燃料和氧化贮槽，以及加 压低温贮槽液面上部空间，以提供直接输送液体氢和液体氧的压力或者仅给输液泵提供净 吸入正压，氦常用于气动控制系统中作为工作介质。在火箭发射之前，为了在点火的最初 几分钟内得到最大的推进效率，低

9、温氦已用于预冷上一级液氢火箭发动机。液氦还广泛用 于低温辐射检测器以及用于空间探索计划中其他专门仪表。( 7)气球载(浮空器)用途：民用或军用浮空器、飞艇、气球等充装气体。( 8 )汽车制造领域用途：氦气用于汽车安全气囊中、在汽车铝合金轮毂气密性检漏中、汽车空调蒸发器压缩机及冷凝器的气密性检漏中、氦气在车架激光焊接中的应用。（9）其它领域生理医疗、核反应堆、电光源、冶金和金属加工工艺、分析测试载气等。这部分气一 般不回收。【专利状态】安徽万瑞冷电科技有限公司在氦气循环利用技术领域已取得了多项专利 具体如下表所示。此外，该产品还荣获安徽省新产品认定，取得国防科技进步三等奖等， 并在中文核心期刊上

10、发表多篇有关氦气提纯循环方面的论文。公司对于氦气提纯循环领域 的关键技术将会更有把握，将在已有的知识成果的基础上，完成该领域多项专利的申请， 并依据项目实施过程中的实现部分关键技术的突破，提高产品的可靠性和实用性。表 1 氦气相关专利情况一览表序号专利申请名称专利类型申请专利号授权（受理）时间专利状态1一种带液态空气分离筒的的氦气纯化装置实用新型201020577762.52011.4.27已授权2用于低温超导磁体装置的氦液化冷凝器结构实用新型201020612661.72011.9.14已授权4小型氦液化装置实用新型201220659170.72013.03.29已授权5大口径低温泵用盘管式

11、液氦热沉结构实用新型201220659101.62013.03.29已授权6小型氦液化装置发明201210510912.42013.04.03实质审查7液氦温区低温活接密封结构实用新型201220466729.42013.04.10已授权8一种用于大口径低温泵的液氦管密封结构实用新型201220689680.92013.06.26已授权9浮空器内废氦气在线回收纯化系统发明201410030786.22014.1.26已受理10光纤制造废氦气在线式纯化系统发明201410036719.02014.5.14实质审查11在线纯化和循环空调捡漏废氦气设备发明201420273333.72014.05.

12、27已受理技术状态】批量试生产阶段【商业模式】直接购买设备：客户直接购买研制的废氦气提纯循环利用设备； 合同能源管理：由我公司投资，双方分享节约能源收益； 设备租赁：我公司前期无偿投入废氦气提纯循环利用设备，并负责设备运营维护工作 按月收取设备租赁费用；纯化服务：我公司提供设备与人员，按照所纯化的氦气量进行收费。【销售方式】1、直营与代理销售 直营：该项目产品为非大众化消费品、专业技术性强、为国内首创，项目实施初期， 公司成立专门队伍，采取自主直营方式。市场销售人员充足，都具备工程技术专业知识背 景，满足该项目公司的市场人员保障需求。代理销售：待国内主要大客户签约实施后，面对众多零散小客户，开发标准化、系列 化产品，针对不同的行业，与该行业设备销售商代理合作，开发不同行业市场。代理商、 分销商的选择起步不久但专业素质过硬的商家，可以避免大商家的忠诚度不高及服务态度 不佳等问题，后期可以对其作相关培训，使得经销商与公司共同成长发展。2、依托行业协会进行项目推广。紧紧依托国家空调制冷行业协会、光纤行业协会等专 业协会，加强联系，依托协会网络、学术期刊、会议平台，通过发表论文、专题报告、参 加展览、赞助行业活动等方式大力推广该项目。3、依托公司在外地设立办事处，发展自身的项目销售网络。