ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Извлечение гелия из очищенного газа из "Технология первичной переработки нефти и природного газа Изд.2" Гелий - редкий и удивительный по своим свойствам газ, открытый впервые спектрально на Солнце (в 1868 г. Жансеном и Ло-кьером), а затем на Земле (в 1895 г. Рамзаем). Он определяет развитие самых современных технологий в различных отраслях науки и техники. [c.325] В нормальных условиях гелий - один из легких (после водорода) инертных газов плотностью 0,1609 кг/м имеющий очень высокую теплопроводность [1191. [c.325] В природе существует два изотопа гелия - Не и Не, причем подавляющую долю составляет Не, образующийся в результате а-распада радиоактивных элементов Земли. [c.325] В сжиженном виде Не имеет плотность 125,1 кг/м и кипит при 4,44 К (-268,9 °С). [c.325] Основное количество гелия получают сейчас из природных газов, и при мировых запасах последних порядка 180-200 трлн м запасы гелия в них составляют 56-60 млрд м [П8]. Ежегодное образование гелия в результате а-распада оценивается как 25 млн м , причем из них около 3 млн м рассеивается в космос (из-за высокой проницаемости гелия). [c.325] Ежегодная добыча гелия на 1993 г. составляла около 1,2 млрд м , из чего можно заключить, что с учетом незначительного прироста его образования запасы гелия на Земле обеспечат потребности в нем на очень офаниченный срок - 50-60 лет. [c.325] 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. [c.325] Производство гелия в мире, как правило, превышает его потребление (отношение потребления к производству составляет в настоящее время около 80-85%), избыток гелия закачивают в сжиженном виде в хранилища. Так, в России в 1992 и 1993 гг. было произведено 3304 и 2807 тыс. м гелия [118], из которых потреблено было соответственно 1304 и 2658 тыс. м и закачано в хранилища 1999 и 149 тыс. м . [c.325] Основные потребители жидкого и газообразного гелия -предприятия и организации военно-космических ведомств (до 50% от всего потребления), его используют в криогенной технике и технологии, при проведении специальных сварочных работ и кессонно-водолазных работах, в хроматофафии и др. [c.325] Чистый гелий получают из очишенного от примесей и глубоко осушенного природного газа обычно в три стадии - вьщеляют гелиевый концентрат, содержащий до 80 - 90% гелия, концентрируют его до 99,98% и затем ожижают для удобства транспортирования и хранения. [c.326] Получение гелиевого концентрата возможно четырьмя способами - криогенным, абсорбционным, путем гидратообразования и диффузией через пористые мембраны. Из этих способов только первый получил массовое промышленное применение, а остальные по ряду причин не вышли за рамки опытнопромышленных или исследовательских работ. [c.326] Криогенный способ основан на охлаждении газа до температуры конденсации азота, при которой конденсируется и метан, а гелий остается в газовой фазе в виде концентрата. Существуют два варианта схем реализации такого способа (рис. 6.26 и 6.27). [c.326] По варианту / (рис. 6.26) природный газ под давлением 2 МПа охлаждается в рекуперативных теплообменниках до -28 °С и аммиаком до -45 °С, затем дросселируется до 1,2 МПа и поступает в колонну. В ней от газа отделяется в основном метан с примесью азота V, а сверху уходит газ с содержанием гелия около 3%(об ). Этот газ еще раз конденсируется (кипящим при 0,4 МПа азотом) во второй колонне, сверху которой уходит гелиевый концентрат Я/, содержащий до 80-90% гелия. Верх первой колонны охлаждается ее же кубовой жидкостью, дросселированной до давления 0,15 МПа. [c.327] По варианту // (рис. 6.27) очищенный и осушенный газ / под давлением 3,2 МПа охлаждается вначале пропаном, затем в двух рекуперативных теплообменниках (с промежуточной сепарацией) до -104 °С и после дросселирования с температурой -153 С подается в колонну. Снизу этой колонны отводится в основном метан. Верх колонны охлаждается за счет рекуперации холода, отчего там поддерживается температура -191 С, при которой сверху отводится смесь гелия и азота. Эта смесь затем доохлаждается в двух рекуперативных теплообменниках и в двух сепараторах разделяется на концентрат гелия (85%) и концентрат азота (99,5%). Последний, расширяясь в турбодетандере 5, охлаждает верх колонны и отводится как продукт. По такому варианту извлекается около 95 - 96% гелия от его исходного содержания в газе (по варианту / степень извлечения ниже и не превышает 85%). [c.327] Способ гидратообразования основан на том, что в отличие от метана, этана, углекислого газа и азота гелий не образует с водой гидратов при низких температурах и высоких давлениях. Если при таких условиях создать интенсивный контакт воды и газа в соотношении от 20 1 до 100 1, то почти все компоненты газа перейдут в твердое состояние (гидраты), а из контактора выйдет гелиевый концентрат. Недостаток способа - потребность в больших количествах воды и усложнение последующей глубокой осушки гелиевого концентрата. [c.328] Мембранный способ основан на высокой проникающей способности гелия в сравнении с другими газами и способностью его селективно проникать (фильтроваться) через очень мелкие поры различных материалов, выполненных в виде пленок -мембран. Сущность такого способа разделения газовых смесей была рассмотрена в гл. 4. Исследовательские работы по мембранному способу извлечения гелия из природного газа [118] показали возможности такой технологии, но в промышленности такой способ пока не реализован. [c.328] Крупнейшее в Европе производство гелия создано в Оренбурге на комбинированной установке по очистке газа и получению гелия, этана и более тяжелых углеводородов. Содержание гелия в исходном газе этой установки - 0,05 - 0,06%(об.), а годовая мощность по выработке гелия составляет 9000 тыс. м . В 1993 г. в составе этого производства пущена установка по ожижению гелия (КГУ-500) производительностью 500 л/ч жидкого гелия (12 мV yт). [c.329] Жидкий гелий с Оренбургского ГПЗ экспортируют в Западную Европу автокриогенными контейнерами (сосуды Дьюара фирмы Гарднер Криогеник вместимостью 40 м ). Эти контейнеры способны сохранять в жидком состоянии гелий до 45 сут (испаряемость из них составляет 0,25% в сутки). [c.329] При разгазировании жидкого гелия из таких контейнеров получают газообразный гелий чистотой 99,0%(об.) - 30% от всего количества, чистотой 99,996%(об.) - 65% и 99,9999% - 5%. [c.329] Для хранения жидкого гелия используют криогенные хранилища. Сейчас в мире существует 10 таких хранилищ вместимостью по 120 м , и одно из них - в Оренбурге. [c.329] Вернуться к основной статье