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氦气市场及其应用

发布时间:2021-01-08 14:55:33 打印
       综述了国外氦气市场, 液氦的应用技术 , 美国仍是全球最大的氦气生产及消费国家。

       关键词: 氦气 液氦 超导技术 磁共振成像仪

       氦气是一种无色、无嗅、无味的惰性气体。分子量4. 00。在 21.1℃和 101.33kPa下气体比重为0.138。沸点为-268.9℃。气体密度0.165kg /m3( 21. 1℃、101.33k Pa)。临界温度-267.9℃; 临界压力 227kPa;临界密度 69.64kg /m3;在沸点温度和101.33k Pa下液体密度 124.98kg/m3。氦气不可燃、无毒、微溶于水,是一种简单的窒息剂。可以气态或液态装运。

       1 氦气的生产和市场概况

       1.1 美国

       美国的资源丰富。是世界上主要的氦气生产和消费国家。其次是: 俄罗斯、 波兰、 阿尔及利亚。在最近20年内 ,全球氦气市场年增长率约为9.3% 。1990年,全球氦消费量8778万m3, 其中美国为6144万m3。消费分配为: 研究开发和超导 29% ,核磁共振装置18% ,焊接 14% ,联邦政府使用19%。1995年,全世界生产了约1.43亿m3的A级氦,其中美国占1.14亿m3。 


       在世界其它国家生产的0. 29亿 m3A级氦中,大部分为俄罗斯和波兰生产 , 其余为中国、印度等国生产。1995年, 美国在其国内和国际市场上共销售 A级氦 (氦纯度为99.995%以上)0.961亿 m3,其中美国矿物局和美国私有制氦商在美国市场上销售了0.684亿m3,由美国私有制氦商在国际市场上销售了 0. 277亿 m3。

       1995年比1994年氦气的销量(1.006亿m3)降低了4.3%。美国的氦气消费分配为: 低温加工业 0. 164亿 m3(占 24% ); 加压吹除0. 13亿 m3( 19% );焊接 0. 137亿 m3( 20% ) ;受控气氛 0. 075亿 m3( 11% ) ;潜水呼吸混合气 0.021 亿 m3( 3% ); 检 漏 0. 034 亿 m3( 5% ); 其它 0. 123亿 m3( 18% )。

       表 1列出 1991年~ 1995年间 , 美国氦的回收和销售情况。



       表2列出了1991年~1995年间 , 美国级氦的销售情况。


       1995年美国出口的 A级氦 ,均由私氦商经销,出口量比 1994年增加了10.8% 。外销 A级氦中 , 欧洲占 30% , 其中英、 法、德和比利时等国占了 86% ; 销往亚洲的占43% , 其中日本约占 86% ; 北美 10% ; 南美6% ; 中美 3% ; 中东 4% ; 澳大利亚和新西兰 1% ; 加勒比海 2% 。

       1995年 , 美国矿物局供给联邦政府各部门的 A级氦为0.0721亿 m3,比 1994年增加了9.2%。美国矿物局地下储存系统储备的A级氦为0.05亿 m3。美国制氦商所需气源绝大部分来自美国中部和落基山脉各地区的 11个州 102个气场。


       1995年14家私有气体公司在美国经营19家制氦厂。其中13家公司和美国矿物局制氦厂是从天然气中提取氦,有12家采用低温工艺提氦。1995年,美国从天然气中提氦量比1994年减少了10% 。生产 A级氦的有美国矿物局和10家氦生产厂。美国 Airco气体公司与 Mesa公司签订了合同 , 每年从Mesa购置 708万 m3 粗氦。Mesa每年可生产 991万 m3 的氦气。 它是从Satanta的天然气中生产粗氦 ,其最低纯度为65%。然后 ,以管线将粗氦送往位于奥蒂斯的Airco厂进行纯化、液化。该厂是世界 9个主要氦厂之一。Uno cal的工厂是美国西部最大的液氦生产厂 , 产品纯度超过 99.999% 。自1997年开始 ,生产能力将从 283万 m3 提高到 400万m3。

       1. 2 日本


       日本所用氦气和液氦基本上依赖于从美国进口。 1991年 ,日本氦用量为 850万m3比上年提高 15% , 其中液氦占 40% , 比上年提高 2.6% 。在氦的需用领域中,突出的是M RI (磁共振成像仪)和光导纤维 1991年M RI使用台数约为 300台。随着 M RI装置性能的改进,液氦用量下降 , 年用量低于1000L的装置在增加。1991年由于光导纤维生产工艺的改变 , 氦气用量增加了 30% , 约达65万m3。1991年,日本氦气销售额6500万美元。1992年 ,日本 M RI用液氦量170万m3,氦气销量 922万 m3。1994年氦销量 900万m3, 比上年增长6%, 销售额0.95亿美元。1995年为 0. 977亿 m3。超导 M RI对液氦的需求量不会高于200万L/a,低温工程用氦量占氦市场的 40% 。日本进口氦气量为: 1992年1.593×106kg;1993年1.515×106kg; 1994年 1.56×106kg。

       1. 3 俄罗斯

       俄罗斯主要氦气生产厂位于莫斯科东南约1500km的奥伦堡附近的天然气加工厂。这是全世界 9个主要氦源之一。1993年下半年可以提供液氦产品〔 3〕。美国空气产品与化学品公司、英国氧气集团公司分别与奥伦堡天然气加工厂签订合同 , 每个公司每年将购置283.2万m3氦气 ,在国际市场上销售。俄罗斯的氦气将主要销往欧洲市场 ,估计年销量为 1982万 m3, 年均增加速度约为6% 。主要应用领域包括: 超导研究、磁共振成像仪、 焊接、 电子学和物理研究等。据报道 , 美国空气产品公司与法国液化空气公司的合营企业将在阿尔及利亚生产氦 ,计划产量为 1699万 m3,主要销往欧洲市场〔 1〕。跨国气体公司利用其销售网络在全球经销液氦。BOC在 19个国家建成了 87个液氦充灌站。

       2 氦气及液氦的利用



       氦气是最主要的工业气体品种之一 , 应用领域广泛。在半导体工业中 , 高纯氦气用作生长锗和硅晶体的保护气。 某些混合气的底气、 清洗、 屏蔽和加压系统的惰性气体; 气相色谱载气; 在生产象钛和锆那样的活性金属时用作保护气; 电弧焊接的保护气; 

       在原子能反应堆中作为气体的冷却介质; 充氦飞船 , 如美国海军司令部和空军司令部正在研究用装有预警系统的飞船来探测低空飞行的导弹;美国毒品管理局在美国南部边境地区设置了6只系留雷达的小型飞艇 , 用于探查毒品走私的情况; 美国边防巡逻站计划利用小型飞艇来探查非法入境的外国人。

       美国航空和航天局正在利用充氦气球来采集南极洲上空的空气样品 , 以研究臭氧层遭到破坏的各种原因。充填于在寒冷气候中使用的荧光灯管;充填中子和气体度计; 设备、 管路等的氦质谱检漏; 与氧气混合用于医疗; 在航天技术上 , 液氢加注系统的真空管路、 贮槽、 槽车以及火箭贮箱中的空气必须首先用高纯氮气置换 , 合格后用高纯氦气置换 , 分析合格后用高纯氦密封; 还可用作卫星和火箭的挤压气源及姿态控制发动机用气源。


    
       液氦主要用于超导技术和磁共振成像(MRI)。 超导粒子加速器要用液氦来冷却超导磁体。美国阿贡 ( Arg onne) 国家实验室正在研究用于军事和商业目的的磁流体推进系统 , 这种动力推进系统不使用运动部件。

       MRI在医疗上的应用价值很高 , 日本于1995年安装了 278套超导 M RI,过去单机液氦年用量约 400L。超导磁体电储存系统能储存平时过多的电力 , 需要时可以为高峰用电提供电力。

       液氦在低温技术 , 同步加速器和回转加速器的研究与开发中应用前景广阔。

       参 考 文 献

       1 低温与特气 ,氢、氦需求量增加 ,1995,(1),51

       2 Gas Revi ew Nippon, 1991, ( 18)

       3 CryoGas Int ernati onal,1993, 31(2),6

       4 特气网讯,1994,(6),14~15

       5 CryoGas Int ernati onal,1997,35(1),7
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