氦气产业现状分析
氦气是一种不可再生资源，因其在诸多技术密集产业中的不可替代性，氦气被多个多家列为战略资源予以立法管理。本文介绍了氦气资源的分布情况，评估了几个氦气主要生产国资源储量、生产能力和市场供应格局。结合我国氦气产业现状，提出了几点建议。
1引言
氦是已知熔点和沸点最低的元素，氦气在军工、航天、核工业、深海潜水及民用高科技领域具有广泛的用途，是关系到国家安全和高新技术产业发展的重要战略资源。氦气是实现超低温的重要元素，目前核磁共振成像（MRI）扫描使用的氦气占氦气消耗量的近2成[1]，此外氦气在焊接、气举、环境控制、气象探测等领域的使用也十分广泛。
目前在工业利用中的氦气，基本都来自于天然气藏中的微量氦气组分，通常当天然气中的氦气浓度达到0.05%时就认为其有工业利用价值。据统计，全球的氦气资源长期供不应求，年需求量约为2亿$m^3$，但年产量仅有1.7亿$m^3$。目前，我国氦气年需求量约为2200万$m^3$，但勘查开发程度极低，资源情况不明，仅四川自贡威远气田进行了小规模提氦利用。我国氦气供应长期依赖进口，资源安全形势十分严峻[2]。
2氦气资源分布
氦气主要是地球内部铀、钍等元素衰变的产物，它的生成主控因素主要与铀、钍元素的含量及衰变发生的累积时间有关。氦气主要有幔源和壳源两种形成方式，主要以壳源为主[3]。研究表明，在所有的含氦天然气藏中，有66%来自古生界。一般情况下，储层年龄越老，氦气含量越高。氦气从矿物中释放出来以后，会进入邻近的流体系统中参与运移。由于放射性衰变说释放出来的氦气数量稀少，故氦气难以独自富集并运移，而只能和油、气、水、岩浆等其他流体一起运移[4]。
根据美国地质调查局的数据，目前全球的氦气资源量估计达519亿$m^3$，储量仅74.25亿$m^3$[5]。美国是世界上氦资源最丰富的国家，虽然已大规模开采60多年，但氦气资源量仍占世界总资源量的40%以上，仅统计其天然气藏中氦气组分的资源量，为206亿$m^3$，其分布见图1。世界其他国家的氦气储量为313亿$m^3$，其中卡塔尔氦气储量为101亿$m^3$（占全球氦气储量的19%），阿尔及利亚氦气储量为82亿$m^3$（占全球氦气储量16%），俄罗斯氦气储量68亿$m^3$（占全球氦气储量13%），加拿大氦气储量20亿$m^3$（占全球氦气储量4%），这几个国家掌握了全球氦气资源的9成以上。
我国氦气资源稀缺，氦气勘探进展缓慢、勘探程度低，资源量和储量情况不明。目前探明中国的氦气资源量仅为11亿$m^3$。已发现氦气主要集中在中－西部盆地和东部郯庐断裂带两侧含油盆地[6-7]。目前，已知渭河、四川、塔里木、柴达木、松辽、渤海湾、苏北、海拉尔等8个盆地发现有含氦天然气。其中，四川盆地威远气田是我国首个实现氦气商业化利用的气田，也是目前我国惟一进行工业开采的氦气田，年产氦气5万立方米，产量远远无法满足自足。虽然我国拥有一定量的氦气资源，但是总体而言天然气中氦含量偏低，仅为为0.2%左右，开发成本较高，氦气开发任重而道远。
图1美过本土氦气资源
3氦气的生产与供应
氦气制备方法主要有4种，分别为天然气分离法、合成氨法(在合成氨中，从尾气分离提纯的氦)、空气分馏法和铀矿石法。其中，天然气分离法是目前唯一工业化获取氦的方法。鉴于此，氦气行业产业链的上游主要是天然气、空气分离设备等行业，下游则为各应用行业。天然气中氦含量最高可达7.5%，是空气中氦含量的1.5万倍，目前全球已发现规模氦气储量均为天然气伴生气。依据油气田里氦气储量的大小，可以将氦气田按规模分为特大型、大型、中型、小型、特小型气田;依据油气田里氦气含量的大小，可以将氦气田按含量分为特富氦、富氦、贫氦、特贫氦气田。
美国在氦气生产领域长期处于垄断地位，在20世纪60年代初以前一直是世界上唯一的氦气供应国。60年代以后，全球氦气供应格局趋于改变，但仍然呈4、5个氦气资源大国国家供应全球近90%氦气的局面。目前全球氦气生产总量中，美国占76％，阿尔及利亚占11％，卡塔尔占7％，俄罗斯和波兰分别占4％和2％。至少在从资源到精制氦的价值链条中，氦气产业仍然带有明显的垄断色彩[5]。
60年代初以来，美国政府已在联邦储备中储存了氦气，建设了联邦氦气储备（也称国家氦气储备，缩写为FHR），该储备拥有超过10亿立方米的氦气。氦气被储存在德克萨斯州阿马里洛市西北19公里的Clifside储存设施中，位于自然地质气体储存层BushDome中。该保护区是根据1925年《氦气法》的颁布而建立的。战略供应为飞艇提供了氦气，并在1950年代成为冷战和太空竞赛期间重要的冷却剂来源。随着冷战的结束，美国通过立法让联邦氦气储备中的氦气资源进入氦供应市场，目前从储备储备中抽取的氦气占全球氦气供应量的三分之一以上。美国通过联邦控制氦气储备中氦气进入流通市场的速度，牢牢控制了氦气商品的定价权。
尽管我国有少量氦气资源，但总体相当贫乏，仅占世界2%左右，目前我国95%左右的氦气依赖于进口。数据显示，2015—2018四年间，我国氦气进口量逐年递增，2018年进口4126吨，同比2017年增长15%。2019年上半年，我国共进口氦气2041吨。按照进口国分，卡塔尔为第一大进口国，为1249.7吨，占比61.23%;美国为第二大进口国，为521.7吨，占比25.56%;澳大利亚为第三大进口国，为261吨，占比12.79%;其余地区进口进口量占比不足0.5%。目前，大量的进口仍无法满足中国市场对氦气需求的日益增长。在进口价格方面，2019年上半年中国尽管我国有少量氦气资源，但总体相当贫乏，仅占世界2%左右，目前我国95%左右的氦气依赖于进口。数据显示，2015—2018四年间，我国氦气进口量逐年递增，2018年进口4126吨，同比2017年增长15%。2019年上半年，我国共进口氦气2041吨。按照进口国分，卡塔尔为第一大进口国，为1249.7吨，占比61.23%;美国为第二大进口国，为521.7吨，占比25.56%;澳大利亚为第三大进口国，为261吨，占比12.79%;其余地区进口进口量占比不足0.5%。目前，大量的进口仍无法满足中国市场对氦气需求的日益增长。在进口价格方面，2019年上半年中国进口氦气均价为56.9美元/公斤，相比2018年同期的48.9美元/公斤，大幅上涨16.36%，其中从美国进口均价为47-56美元/公斤，从卡塔尔进口均价为53-60美元/公斤。
尽管我国有少量氦气资源，但总体相当贫乏，仅占世界2%左右，目前我国95%左右的氦气依赖于进口。数据显示，2015—2018四年间，我国氦气进口量逐年递增，2018年进口4126吨，同比2017年增长15%。2019年上半年，我国共进口氦气2041吨。按照进口国分，卡塔尔为第一大进口国，为1249.7吨，占比61.23%;美国为第二大进口国，为521.7吨，占比25.56%;澳大利亚为第三大进口国，为261吨，占比12.79%;其余地区进口进口量占比不足0.5%。目前，大量的进口仍无法满足中国市场对氦气需求的日益增长。在进口价格方面，2019年上半年中国全球范围内原有五大氦气供应商，分别为普莱克斯、空气产品、林德、液化空气集团、岩谷气体，他们在氦气行业及部分下游行业具有极高的话语权。2019年3月，林德和普莱克斯合并的完成，意味着世界五大氦气供应商将变为四大，而合并后的新林德也成为了全球最大的氦气公司，这四家公司在中国的业务发展情况见表1。
表1世界四大氦气供应商简介
| 公司 | 简介 |
|---|---|
| 新林德 | 普莱克斯中国总部设于上海，在整个中国地区拥有超过1100名雇员，经营22家独资公司及12家合资公司，覆盖华北、华东、华南、及华西地区。林德中国总部位于上海，拥有近5500名员工，共有70余个子公司和合资企业，林德还在中国主要工业中心设有200个运营工厂。 |
| 法国液化空气集团 | 1916年进入中国，目前在中国设有90多家工厂，遍布于40多个城市，拥有大约4000名员工，业务已经覆盖中国重要的沿海工业区域，并继续向中部、南部、西部地区发展。 |
| 空气产品 | 1987年进入中国，在全国主要城市包括香港和台湾地区相继成立了30余家企业，分布于北京、上海、广州、天津、南京、烟台、无锡、宁波、深圳、珠海、福州、香港、台湾等地。 |
| 岩谷气体 | 至今在中国成立了40家合资、独资企业，目前在中国拥有嘉兴氦气中心和西安氦气中心两个氦产业基地。 |
4我国氦气产业现状
我国的氦气主要应用于磁共振成像(30%)、气举(17%)、分析试验应用(14%)和焊接(9%)等，详见图2。近年来我国对氦资源的需求主要来源于光导纤维、电子领域、核能技术以及医用核磁成像[8]，年需求量约2200万$m^3$(即3922吨)，预计2020年我国氦气需求量将增加至2240万$m^3$(即4400吨)。
图2我国氦气消耗情况统计
由于我国氦气资源相对贫瘠，资源家底不轻，利用严重依赖进口。与美国等国家相比，我国现有天然气中氦含量极低，属贫氦天然气，在国内设立天然气提氦生产厂经济条件不成熟。为保障国防、军工氦气需求，成都天然气化工总厂建造了国内唯一一套天然气提氦装置，该装置利用四川自贡威远的天然气提取进行提氦。由于天然气中氦含量偏低(0.2\%)，成化厂制备精氦的成本高于国外精氦的销售价格。但成化厂提氦装置的建立使我国具备了自主生产氦气的能力。为进一步提高我国国防军工用氦的保障能力，投资约1.1亿元的荣县天然气提氦装置于2010年6月在荣县东兴镇正式开工建设。中石油西南油气田分公司下属的蜀南气矿和成都天然气化工总厂为项目实施业主[9]。
中国需要在氦气资源探查和氦气提纯技术中尽快突破，以保证国家发展安全。近年来我国在氦气资源的勘查有了一定进展[10-11]，我国首个特大型富氦气田和田河气田探明氦气储量1.9591亿$m^3$，氦气体积为0.30%—0.37%(平均0.32%)，极具利用价值。渭河盆地水溶氦气资源储量达21.3亿$m^3$，陕西省国土资源厅依法设立了渭南市华州—华阴地区地热水及氦气探矿权，面积为253.74平方千米，这也是我国首个氦气探矿权，详见图3。
5结论
全球范围内，5G产业、半导体产业、航天航空产业等的发展，使得各国对氦气资源的需求量高位不下，但中东冲突、中美贸易战等事件使得氦气市场局面更加紧张，当前氦气资源供不应求，价格亦高企不下。尽管未来新增的几个氦气加工厂将进一步增加氦气的供应量，但短时间内氦气市场货源紧张局面或将延续。氦气作为一种重要的战略稀有资源，关系国家安全和高新技术产业发展。我国贫氦且绝大部分依赖进口，资源安全形势十分严峻，因此开展氦气资源储备非常迫切。
综上对我国氦气相关产业安全提出几点建议：
- 发展国内氦气开发、提纯工业。通过提高自主氦气供应的市场占比，提高氦气安全。在富氦天然气开发、水溶氦气开发方面，提高自有技术占比，降低对国外技术的依赖程度。
- 构建多元供应结构。目前我国氦气供应商主要为空气产品、法液空、林德等，虽然这几家公司总部位于不同国家，但其气源主要来自于美国、卡塔尔。增加澳大利亚、俄罗斯等过进口氦气，降低对美国、中东氦气的进口量，也是提高氦气安全的一种手段。
- 建立氦气战略储备。鉴于目前氦气市场被少数几个国家垄断和我国氦气产能不足的现状，应该通过建立氦气储备平衡氦气供给和价格波动对国内氦气市场带来的影响，保证军工、航天等特殊领域氦气的供应。
- 发展先进提氦和循环利用技术。通过发展提氦技术，使原本不具工业利用的贫氦天然气、地热水中的氦气得以收集、利用。通过发展氦气循环利用技术收集各用氦工业部门的尾气，收集氦气再度利用。
从当前国际氦市场的供需情况及氦供应国的生产情况分析，氦气价格持续上涨是必然趋势。未来氦气资源很有可能成为氦气供应国实施贸易战的武器。从我国国情出发，只有实施针对性的策略，建立国家性质的氦气保障体制，才能降低国际氦气贸易市场波动对我国经济建设、科研试验任务及航天军事任务的影响，保障国家的战略安全和发展利益。
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