Гелий — второй наиболее распространенный элемент, уступающий лишь водороду. Однако на он является редкостью. Гелий имеет уникальные свойства, делающие его крайне востребованным в различных отраслях промышленности и науки.
Один из основных источников гелия — природный газ.
Свойства гелия
Гелий (He) обладает рядом уникальных физических и химических свойств:
- Инертность. Гелий является благородным газом и не вступает в химические реакции при нормальных условиях.
- Низкая плотность. Плотность гелия составляет всего 0.1785 кг/м³ при н.у., что делает его вторым по легкости газом после водорода.
- Высокая теплопроводность. Гелий обладает одной из самых высоких теплопроводностей среди всех газов.
- Температура кипения. Точка кипения гелия составляет -268.93°C (4.2 K), что делает его незаменимым в криогенных приложениях.
Методы извлечения гелия из природного газа
Природный газ служит основным источником добычи гелия. Содержание гелия в природном газе может колебаться от следовых количеств до более 7%.
Вот основные методы извлечения:
- Фракционная перегонка
- Природный газ охлаждают до температуры конденсации компонентов (газа).
- При нисходящей температуре компоненты обособляются друг от друга на основе их точек кипения.
- Газы с низкой температурой конденсации отделяются первыми; так проводят извлечение чистого углеводорода, а затем - инертных газов включая гелий.
- Абсорбция
- Процесс включает использование селективных растворителей для абсорбирования определенных составляющих газа при различных давлениях (температурах).
- В результате остаточная фаза представляет собой богатую смесь инертных газов, включая высококонцентрированный гелий.
- Адсорбция
- Процесс использует адсорбенты (к примеру это гидрогели или активированный уголь) для разделения компонентов смеси.
- В результате процессинга одним или несколькими адсорберами возможно выделить высокочистый гелий.
Реакторы для получения гелия
- Колонны фракционной перегонки
- Применяются для выполнения дистилляции под вакуумом или высоким давлением.
- Реакторная конструкция зависит от концентрата исходного состава.
- Адсорбционные колонны
- Используются схемы традиционной псевдожидкостной однородной суспензии или многоколонная схема последовательно работающая под влиянием сорберов.
Технологические процессы
Интенсивный технологический процесс производства может включать:
- Прямое извлечение. Осуществляется детальный анализ состава поступающего сырья, схемы с использованием мембранных систем с узконаправленной селекцией компонентов смеси.
- Непрямое фракционирование. Промежуточное получение промежуточного вещества перед разделением полного концентрата после насыщенных технологических цепочек процесса.
Применение гелия
Благодаря своим уникальным свойствам, гелий находит применение в ряде областей:
- Медицина. Гелио-кислородные смеси используются для лечения респираторных заболеваний.
- Криогеника. Жидкий гелий необходим для охлаждения сверхпроводящих магнитов в MRI сканерах и других научных приборах.
- Промышленность. Используется для создания инертных атмосфер при сварке и производстве полупроводников.
- Аэростатические устройства. Гелием наполняют воздушные шары и дирижабли из-за его невоспламеняемости и легкости.
- Научные исследования. Гелий используется в исследованиях низкотемпературной физики.
В итоге отмечается, что потенциал рынок получения гелия из природного газа огромен благодаря неизбежному развитию отрасли высоких технологий медицинского оборудования производства нового типа электронной аппаратуры среднего класса использующей сверхчистые материалы включая автономные энергетические установки предприятий.
Разработка новых технологий добычи повышает качество продукции снижает затраты обеспечивая устойчивость объемов потенциала реализации продукции международного уровня спроса удовлетворяющего нынешние мировые потребности ресурсами!
