double arrow

Методы получения гелия из природных газов

Общая характеристика методов

Гелий - редкий по своим свойствам газ, открытый спектрально на Солнце (в 1868 г. Жансеном и Ло-Кьером), а затем на Земле (в 1895 г. Рамзаем). Концентрация гелия в природных газах невелика и колеблет­ся от 0,001 до 3,0% (об.). Средневзвешенная концентра­ция гелия в мировых запасах природного газа не превышает 0,04% (об.), а к 2020 г., по прогнозам, снизится до 0,02% (об.) Извлечение гелия считается экономически целесообразным, если его содержание в при­родном газе не менее 0,06 % об. (за рубежом принята норма - не менее 0,3 % об.).

Гелий – один из самых легких (после водорода) газов с плотностью 0,1785 кг/м3 при давле­нии 0,1 МПа и температуре ОоС. Он обладает низкой критической температурой (Ткр =-267,97оС), высокой теплопроводностью и электропроводностью. Гелий плохо растворяется в воде и жидких углеводородах, химически инертен.

В природе существует два изотопа гелия – 3Не и 4Не, причем подавляющую долю составляет 4Не, образующийся в результате a-распада радиоактивных элементов Земли. В сжиженном виде 4Не имеет плотность 125,1 кг/м3 и кипит при 4,44 К (-268,9 °С).

Указанные свойства обусловили широкое применение гелия в различных областях науки и техники:

-для создания инертной газовой защитной среды при сварке алюминия, меди, титана, магния, нержавеющей стали и других металлов;

-в хроматографических газоанализаторах;

-для заполнения наблюдательных и метеорологических шаров (по причине легкости);

-в атомных реакторах с газовым охлаждением как теплопроводная среда, характеризующаяся высокой теплоемкостью, а также не подверженная воздействию радиации;

-совместно с кислородом для приготовления дыхательных смесей при лечении астмы и других заболеваний дыхательных путей;

-в кессонно-водолазных работах.

До 50% от общего количества жидкого и газообразного гелия потребляют предприятия и организации военно-промышленного комплекса.

Основное количество гелия получают сейчас из природных газов. При мировых запасах природного газа порядка 180-200 трлн м3 содержание гелия в них составляют 56-60 млрд м3. Ежегодное образование гелия в результате a-распада оценивается как 25 млн м3, причем из них около 3 млн м3 (вследствие его низкой плотности) рассеивается в космос.

Ежегодная добыча гелия составляет около 1,2 млрд м3, из чего можно заключить, что с учетом незначительного прироста его образования запасы гелия на Земле обеспечат по­требности в нем в течение очень ограниченного срока – 50-60 лет.

Наиболее богатыми запасами гелийсодержащих природных газов располагают США, Россия, Алжир, Канада, Польша и Голландия. В России это Оренбургское и Астраханское месторождения, а также Башкортостан, Иркутская область, Якутия и Красноярский край.

Производство гелия в мире, превышает его потребление (отношение потребления к производству составляет в настоящее время около 80-85%). Избыток гелия закачивают в сжиженном виде в хранилища.

На экономику производства гелия оказывают влияние два основных фактора:

-концентрация гелия в исходном газе;

-комплексность переработки газового сырья (одновременное извлечение из газа сероводорода, азота, углекислого газа, этана, пропана, бутанов, сжиженного газа значительно повышает рентабельность процесса).

Традиционно в выделении гелия используют низкотемпературные (криогенные) методы: низкотемпературные конденсация, ректификация и адсорбция. Часто в современные поточные схемы производства гелия включают блоки селективной диффузии через мембраны.

Криогенные методы основаны на способности компонентов природного газа легко конденсироваться при низких температурах. Они нашли промышленное применение, поскольку легко вписываются в систему комплексной переработки газа. Обычно большая часть пропана и практически все более тяжелые углеводороды конденсируются уже при охлаждении газа до минус 50оС. Но для получения гелия высокой чистоты (99,995 %) требуется температура конденсации азота (минус 195,8 оС). Часто на криогенных установках получают гелий-сырец (гелиевый концентрат) с содержанием гелия 50-85 %. Для получения чистого гелия из сырца используются химические, адсорбционные и каталитические методы.

Чистый гелий получают из очищенного от примесей и глубоко осушенного природного газа обычно в три стадии - выделяют гелиевый концентрат, содержащий до 80 - 90% гелия, концентрируют его до 99,98% и затем ожижают для удобства транспортирования и хранения.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: