低溫制冷技術(shù)應(yīng)用潛力大

“我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大型液氫和液氦低溫制冷設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，并正在致力于研究超流氦領(lǐng)域的低溫制冷技術(shù)。此類技術(shù)不僅有助于我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)，特別是氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還可以解決我國(guó)氦氣資源缺乏的問題?！?月8日，由中關(guān)村天合科技成果轉(zhuǎn)化促進(jìn)中心舉辦的以“低溫制冷裝備技術(shù)及其應(yīng)用”為議題的2018年首期產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)大講堂上，與會(huì)專家這樣描繪低溫制冷技術(shù)的應(yīng)用前景。

裝備技術(shù)國(guó)產(chǎn)化

中科院理化技術(shù)研究所產(chǎn)業(yè)策劃部副主任張彥奇介紹，大型低溫制冷裝備技術(shù)是我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的戰(zhàn)略性支撐性關(guān)鍵技術(shù)。但在此前很長(zhǎng)的時(shí)間里，很多人都認(rèn)為這只是一個(gè)配套設(shè)備，直接從國(guó)外進(jìn)口。為了改變這一局面，財(cái)政部于2011年部署了大型低溫制冷裝備技術(shù)的研制任務(wù)。

中科院理化所作為該項(xiàng)目承擔(dān)單位，研制了首臺(tái)10kW/20K大型低溫制冷設(shè)備，其氦透平膨脹機(jī)絕熱效率≥70%。該裝置的研發(fā)成功，標(biāo)志著我國(guó)已形成自主設(shè)計(jì)與制造液氫溫度級(jí)大型低溫制冷設(shè)備的能力，打破了國(guó)外對(duì)該類裝備技術(shù)的壟斷，為我國(guó)液氦溫度乃至超流氦溫度大型低溫氦制冷系統(tǒng)的研制奠定了技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)。

此后，中科院理化所和北京中科富海低溫科技有限公司合作，完成了液氦溫區(qū)大型氦低溫制冷機(jī)制造技術(shù)的突破，制備出我國(guó)首套250W液氦溫區(qū)制冷機(jī)，并在2017年10月于河北廊坊通過專家驗(yàn)收。同年11月，中科富海與韓國(guó)國(guó)家聚變研究所簽訂了200W/4.5K大型氦制冷機(jī)出口商業(yè)采購(gòu)合同，標(biāo)志著我國(guó)大型低溫制冷系統(tǒng)核心技術(shù)得到了國(guó)際認(rèn)可。

效力氫能產(chǎn)業(yè)

近年來，氫能產(chǎn)業(yè)的大力推進(jìn)帶動(dòng)我國(guó)大型低溫制冷產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。目前，全球低溫制冷設(shè)備及系統(tǒng)市場(chǎng)龐大，需求量約5000億元，預(yù)計(jì)到2020年，國(guó)內(nèi)大型低溫制冷市場(chǎng)總量預(yù)計(jì)為600億元，國(guó)內(nèi)20個(gè)國(guó)家級(jí)大科學(xué)工程、遠(yuǎn)期核廢料處理、新能源氫液化站和氦戰(zhàn)略資源市場(chǎng)都存在巨大的市場(chǎng)需求，且正在以25%的速度持續(xù)快速增長(zhǎng)。

此外，《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》確定超導(dǎo)托克馬克(人造小太陽(yáng))等十多項(xiàng)大科學(xué)工程必須在超流氦、液氦、液氫級(jí)低溫環(huán)境下運(yùn)行，大型低溫制冷系統(tǒng)也因此成為實(shí)現(xiàn)大科學(xué)裝置低溫環(huán)境的唯一手段。氣體管道配件

“可以預(yù)見，第四次工業(yè)革命將由氫能源、量子信息以及使用氫燃料電池的交通系統(tǒng)引發(fā)?！敝锌聘缓９炯夹g(shù)總監(jiān)熊聯(lián)友表示，“我們從事的低溫技術(shù)進(jìn)步不僅是這三項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的必要基礎(chǔ)，而且會(huì)加速第四次工業(yè)革命的到來?！?/p>

熊聯(lián)友認(rèn)為，未來的能源與交通離不開大型低溫制冷技術(shù)。我國(guó)正在大力推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)，氫燃料電池汽車的推廣離不開氫氣液化，氫氣液化就要用到大型低溫制冷技術(shù)。大型低溫裝置將氫氣液化，再通過遠(yuǎn)距離運(yùn)輸至加氫站，在加氫站對(duì)其氣化，最后供給燃料電池汽車?！按笮偷蜏匮b置技術(shù)，特別是在20K溫區(qū)的大型低溫裝置技術(shù)是發(fā)展氫能源產(chǎn)業(yè)必不可少的核心技術(shù)?！毙苈?lián)友說。

助力氦氣自給

熊聯(lián)友表示，大型低溫制冷裝備技術(shù)除了能夠助力氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展以外，還能在一定程度上助力我國(guó)氦氣實(shí)現(xiàn)部分自給。

張彥奇介紹說，我國(guó)是一個(gè)非常貧氦的國(guó)家，但同時(shí)我國(guó)氦的消耗量卻非常大，醫(yī)療、光纖等領(lǐng)域都需要大量氦氣，這就導(dǎo)致我國(guó)97%的氦氣從國(guó)外進(jìn)口。鄂爾多斯盆地有3萬(wàn)億立方米天然氣，氦氣含量約占0.04%，也就是說地下氦氣的儲(chǔ)量12億立方米。以前，四川自貢天然氣的氦氣含量比鄂爾多斯天然氣稍微高一點(diǎn)，我國(guó)也曾嘗試提取氦氣，但成本非常高。如果能將鄂爾多斯天然氣中的氦氣進(jìn)行提取回收，就可以滿足國(guó)內(nèi)三分之一的氦氣需求。因此，中科富海的技術(shù)人員們產(chǎn)生了一個(gè)想法，可不可以使用低溫制冷技術(shù)來進(jìn)行氦氣提純?他們將目光瞄向了閃蒸汽(BOG)提氦裝置。空溫氣化器

“雖然鄂爾多斯地區(qū)天然氣里面的氦氣含量非常低，但我們發(fā)現(xiàn)，它液化后在儲(chǔ)罐里面產(chǎn)生的閃蒸汽經(jīng)過多次循環(huán)，氦氣含量可從原來的0.04%提升到3.5%，這樣再提氦就有經(jīng)濟(jì)價(jià)值了。接下來再用大型低溫制冷裝備技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行初氦提取，液化后獲得液氦，這樣就可以從一定程度上解決我國(guó)氦氣資源缺乏的問題?！毙苈?lián)友提出了自己的想法。

文章來源：中國(guó)化工報(bào)