Добыча и потребление гелия

Гелий — полезное природное ископаемое. Гелиевые заводы. Жидкий гелий. Потребители гелия. Газообразный гелий.

Гелий — полезное природное ископаемое

Газ гелий является природным ископаемым и залегает глубоко под землей. Гелий выходит из под земли, из скважин, попутно с природным газом.

Обычно, содержание гелия в природном газе мизерно, и поэтому добывать его не выгодно. Но если содержание гелия в природном газе велико (несколько процентов), то это называют месторождением гелия. На месторождениях строят гелиевые заводы, на которых гелий отделяют других газов и получают его в чистом виде.

Гелий является редким природным ископаемым: добыча гелия происходит лишь в США, в Катаре, в Алжире, и в России. Россия, обладая крупнейшими запасами гелия в мире (34%), добывает всего 5 миллионов кубометров гелия в год — не более 3% мирового рынка. Крупнейшим поставщиком гелия являются США, обеспечивая более 50% мирового рынка гелия.

Гелиевые заводы

В России, в настоящее время, гелий добывают на Оренбургском гелиевом заводе.

Гелиевый завод "Газпром добыча Оренбург"
Гелиевый завод «Газпром добыча Оренбург»

Оренбургское газовое месторождение разрабатывается более 40 лет и запасы гелия в нём постепенно истощаются.

С 2015 года в Амурской области возводится «Амурский газоперерабатывающий завод», который должен стать одним из крупнейших предприятий в мире по переработке природного газа.

Амурский газоперерабатывающий завод
Амурский газоперерабатывающий завод

На Амурском ГПЗ планируется добывать до 60 миллионов кубометров гелия в год. Срок сдачи Амурского гелиевого завода запланирован на 2024 год.

Жидкий гелий

На гелиевом заводе гелий получают в два этапа.

Вначале газы, содержащие гелий, очищают и сильно охлаждают до температуры -190 0С. При этом большинство газов переходят в жидкое состояние (сжижаются). В газообразном состоянии остается лишь гелиевый конденсат.

Затем гелиевый конденсат дополнительно охлаждают и очищают от оставшихся примесей. В итоге получается чистый гелий в жидком виде. Температура сжиженного гелия составляет около -269 0С.

Сжиженный гелий хранят и перевозят к потребителям в криогенных контейнерах большой ёмкости.\

Гелиевый криогенный контейнер-цистерна 40 куб.м.
Гелиевый криогенный контейнер-цистерна 40 куб.м.

Для удобства использования, жидкий гелий переливают в сосуды Дьюара, емкостью до 500 литров.

Сосуды Дьюара для жидкого гелия
Сосуды Дьюара для жидкого гелия

Потребители гелия

Гелий обладает уникальными физическими и химическими характеристиками: сверхнизкая температура в жидком состоянии (жидкий гелий — самая холодная жидкость) и полная химическая инертность (гелий не вступает ни в какие химические реакции). Поэтому жидкий гелий применяется очень широко и в больших объемах.

Основные области применения гелия:

  • космонавтика и ракетная техника (для охлаждения ракетных двигателей);
  • медицина (хранение крови, донорских органов, томография);
  • в науке (хладагент для получения сверхпроводимости, криогенная техника);
  • высокотехнологичное производство (полупроводники, оптоволокно, экраны на жидких кристаллах);
  • машиностроение (дефектоскопия, лазерные технологии, вакуумные технологии, хроматография, сварка металлов).
  • приготовление дыхательных смесей (для космонавтики, для подводников, для искусственной вентиляции легких).

Ну и немаловажной областью применения гелия является использование его для надувания воздушных шаров. Для надувания воздушных шариков используется газообразный гелий.

Газообразный гелий

При нагревании, жидкий гелий начинает кипеть и возвращается в газообразное состояние. Этот процесс называется регазификацией.

Килограмм жидкого гелия, превративший в газообразный, позволяет полностью заправить гелием обычный баллон 40 л, который используют для надувания воздушных шаров.

Для хранения и перевозки газообразного гелия его закачивают в большие баллоны реципиенты (длиной 5 — 6 метров) и под большим давлением (400 — 500 атм.). Несколько баллонов реципиентов, установленных на раму, называют спецагрегатами, СНОГ или моноблоками.

СНОГ с четырьмя реципиентами
СНОГ с четырьмя реципиентами

Перевозят моноблоки по железной дороге или грузовым автотранспортом. Грузовик который везет несколько моноблоков называется газовозом. Обычный газовоз везет столько гелия, что его хватит для заправки около 1000 обычных баллонов 40 л.

Газовоз во время заправки баллонов
Газовоз во время заправки баллонов

Во время заправки, гелий из реципиентов газовоза подается в гелиевые баллоны потребителя. При этом постоянно контролируется давление гелия в баллонах и температура баллонов (при заправке баллоны нагреваются). Давление в баллонах гораздо меньше давления гелия в реципиентах (обычно всего 150 атм.).

Одновременная заправка баллонов гелием
Одновременная заправка баллонов гелием

Заправленные гелием баллоны доставляются потребителю обычным автомобильным транспортом.

Гелиевые баллоны 40 л.
Гелиевые баллоны 40 л.

Гелий является редким, ценным и не возобновляемым ресурсом, природного происхождения. Гелий, выпущенный в атмосферу, улетучивается навсегда и вернуть его обратно не представляется возможным.

Потребность в гелии непрерывно растет, а добыча гелия наращивается не так быстро. Поэтому гелий постоянно дорожает.