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关于在天然气开发中提升我国氦气保障能力的思考

原创:文烁宇 发布时间:2023-12-25

12月7日,为更好完善产业链供应链韧性和安全水平,积极推动我国氦产业高质量发展,中国氦产业创新发展委员会在北京正式成立,引发了外界对我国氦气产业链的广泛关注。全球工业利用的氦气资源均来自含氦天然气藏的分离提取,在天然气开发中提升我国氦气保障能力,具有重要的现实意义。

一、氦气的重要性和主要生产方式

氦气是一种关系国家安全和高新技术产业发展的战略性稀有气体。在航空航天、深海潜水、核能利用、人工智能、医用治疗等多个领域无可替代,具体来讲广泛应用于液体燃料火箭、载人深潜、第四代核反应堆、半导体制造、量子计算机、精密分析仪器、核磁共振等高新技术产业,深刻影响着“深空、深海、深地、深蓝”等领域的高质量发展。氦气具有低密度、低溶解度、高导热率、强化学惰性等独特的物理和化学性质,这些属性使氦气非常容易逸出至大气层之外,地球资源量较少,是一种稀缺的非再生资源。

考虑经济成本、能源消耗、技术难度等因素,全球范围内氦气唯一的工业化来源是从天然气中提取,氦的生产和天然气高度相关。但天然气中氦气含量非常低,需经分离、提纯工艺才可得到高纯度氦气,基于上述原因衍生出两条技术路线,一是以富氦天然气(氦气含量0.30%以上)为来源的传统氦气分离提纯技术,主要有低温精馏法、膜分离法和变压吸附(PSA)法等,其优点是制氦成本低;二是依托液化天然气闪蒸汽(LNG-BOG)的集成提氦方法,该提氦方法发展潜力巨大,所用原料气氦气含量在0.04%以上即可,但对原料气规模和提取技术装备有较高要求,制氦成本也相对较高。

二、世界氦气产业发展形势

根据中国工业气体协会统计,2022年全球氦气资源需求量为2.1亿立方米左右,相对1.6亿立方米的产量而言,整体供不应求,价格大幅波动,未来全球氦气资源需求预计还将以每年约5%的速度增长。

全球氦气资源分布极不均匀。从资源量看,根据美国地质勘探局(USGS)数据,截至2022年底,世界氦气总资源量约为484亿立方米,其中美国、卡塔尔、阿尔及利亚、俄罗斯资源量分别为171、101、82、68亿立方米,共占世界资源量的87%。从产量看,2022年,美国、卡塔尔产量占全球1.6亿产量的80%,阿尔及利亚、俄罗斯占14%,还有少量来自澳大利亚和波兰,亚太地区的氦气产量几乎可以忽略不计。

国际上氦气供应实行配额制,现有氦气产量已由美国埃克森美孚公司(Exxon Mobil)、美国空气化工产品公司(Air Products and Chemicals)、法国液化空气集团(Air Liquide)、德国林德公司(Linde)等几个国际气体公司通过长期贸易协议完成额度分配,除俄罗斯外,其余国家氦气资源分配话语权由美国资本掌握。如埃克森美孚不仅是北美最大氦气生产商,而且还通过在卡塔尔液化天然气工厂的股份间接掌控其氦气生产。

三、中国氦气产业发展现状

我国氦资源极其稀缺,且品质差(天然气含氦量低),造成我国的氦气不仅产量低,而且提取成本高。据估计氦气资源总量约11亿立方米,其中可直接采收的总量(在富氦天然气中直接提氦)约0.5亿立方米,不到全球可直接采收总量的0.1%。而我国是用氦大国,需求量居全球第二。从2012年到2022年,我国氦气年需求量从500万立方米增长到约2400万立方米,92%依赖进口,国产仅8%。其中从卡塔尔进口量最多,占总进口量的50%以上,但卡塔尔的氦气价格偏高,且技术与设备均来自美国。

在企业层面,我们进口的氦气主要来自“六大”外资,包括德国林德、法国液化空气、美国空气化工、日本岩谷产业株式会社、日本大阳日酸株式会社和德国梅塞尔,这六家占了总进口量的82%。国内供应商所占的份额很少,仅有广钢气体及上海济阳两家企业从事氦气进口业务,氦气供应渠道缺乏保障。

目前,我国已越发重视氦气产业链供应链安全,2020年中国氦气产量达到120.7万立方米。2021-2022年产能继续扩张,截至2022年底中国提氦产量达到195万立方米,较2021年增长62%,创下历史新高。但总体上看,受制于氦气资源匮乏、提取技术落后、工艺成本较高,以及相关产业政策缺失等因素,我国氦气产业发展相对滞后,具有较高安全风险。

四、对提升我国氦气保障能力的建议

随着我国高新技术产业发展,预计未来十年,我国氦气消费量将保持高位增长,医用治疗、航空航天、国防军事、半导体、锂电池等方面将是需求增长的主要领域。面对全球氦气产业链格局和地缘政治风险,开展氦气产业补链强链工作势在必行。具体建议如下:

(一)加大资源勘探开发力度

近年,自然资源部已在全国范围内开展氦气资源调查评价工作,根据调查结果,四川、鄂尔多斯、塔里木、柴达木、汾渭五大盆地,是中国氦资源的主要富集区。建议引导天然气勘探开发企业针对上述地区深入挖掘氦气资源潜力,确定主力勘探区,进一步识别、开发富氦天然气区块,根据不同丰度,采取合适的提氦方法,快速实现产能。

(二)推动建立多元供应体系

全球氦气生产潜力巨大,据统计,未来5年,全球陆续有俄罗斯、卡塔尔、坦桑尼亚、阿尔及利亚等地提氦工厂陆续投产,届时预计产氦能力将增加1.1亿立方米,全球氦气产量将达到2.7亿方立方米,世界氦气供应格局或将迎来重大调整。如俄罗斯建设的阿穆尔天然气加工厂(Amour)2025年达到满负荷后,将年产6000万立方米氦气,成为全球最大的氦气生产工厂。因此,建议我国加强与俄罗斯、阿尔及利亚等国氦气产业战略合作,建立长期稳定的供应关系,逐步减少对单一国家氦气供应依赖。

(三)加快推进关键技术攻关

我国已探明氦资源储地中天然气的含氦浓度普遍很低(0.1%~0.3%),工业开采利用面临诸多挑战。如果能研发出贫氦天然气的高效低成本提取技术,使得上述氦气资源得到开发利用,可满足我国当前40%以上的需求。目前,膜分离与低温吸附耦合技术能够有效实现贫氦天然气提氦的高效利用,兼具技术可行和经济效益优势,建议相关政府部门和科研机构加大该技术方向研发投入,早日实现该项技术自主可控。

(四)切实提升氦气产业地位

氦气产业与天然气密切相关,我国天然气产业链相关企业对氦气开发的重视程度还有进一步提升空间。建议可将氦气列入我国战略性矿产目录,将氦气产业纳入战略性新兴产业目录,制定支持氦气产业发展的相关政策,给予提氦企业财税政策支持或补贴,强制要求天然气田检测氦气含量,对达到提氦标准的气田,必须强制提氦,有效提升相关企业重视程度。


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