Производство гелия

Потребность в гелии, удивительном газе, работающем на благо человечества в промышленности и быту, постоянно растет. Неизменно повышающийся спрос на этот инертный газ вдохновляет ученых на поиски новых более эффективных способов его получения.

В 1868 году французским ученым Пьером Жансеном при исследовании солнечного спектра был впервые обнаружен и описан новый элемент. В 1881 году Луиджи Пальмиери исследуя вулканические газы, обнаружил присутствие этого же газа, который впоследствии был назван гелием. В 1896 году Генрихом Кайзером и Зигбертом Фридлендером было доказано присутствие гелия в составе атмосферного воздуха. Исследовавший разнообразные вещества и минералы Уильям Рамзай обнаружил закономерность. Гелий, содержащийся в них, сопутствует таким элементам как, уран и торий.

Несмотря на то, что воздушный бассейн, окружающий Землю, содержит некоторое количество гелия, в лабораторных условиях этот газ в чистом виде получить очень сложно. Требуются очень низкие температуры, для достижения которых нужна достаточно громоздкая и сложная аппаратура. Чаще всего, разнообразные потребители гелия, крупные промышленные производства или небольшие частные фирмы, специализирующиеся на организации праздников, приобретают это газ в специализированных компаниях, таких, например, как Компания «DP Air Gas».

Как сейчас получают гелий

На сегодняшний день наиболее применимыми являются два промышленных способа получения гелия. Первый из них, дающий львиную долю получаемого в промышленности гелия, предполагает выделение его из природных и нефтяных газов. В смеси газов, носящей общее название «природный газ», гелий является примесью. В наиболее богатых этим газом гелиеносных смесях, содержание его колеблется от 2 до 8 процентов. Самый богатый гелием природный газ содержит не более 10 процентов гелия от всего объема смеси. Среди других компонентов, составляющих нефтяной или природный газ, он является самым трудно сжижаемым элементом. Поэтому от других газов его отделяют, применяя глубокое охлаждение.

На первой стадии охлаждения из смеси выделяется углекислый газ и углеводороды. В результате над жидким метаном остается газовая смесь. Этот остаток представляет собой так называемый «сырой» гелий, поскольку этого газа в нем содержится около 70-90 процентов. Кроме гелия, в нем присутствуют неон и водород. Водород удаляется с помощью оксида меди. Окончательная доочистка производится после охлаждения смеси в кипящем под вакуумом жидком азоте. Оставшиеся примеси вбирает в себя угольный сорбент, предварительно охлажденный жидким азотом. В результате такого достаточно дорогого и трудоемкого процесса получается продукт очень высокой чистоты. Технической чистоты газ, содержащий гелия не менее 99,99 процента и высокой чистоты – 99,999 процентов гелия. Газы такой чистоты можно приобрести в Компании «DP Air Gas».

Второй способ получения гелия предусматривает выделение его из воздуха. К сожалению, его в атмосферном воздухе содержится меньше, чем в гелиеносных нефтяных и природных газах, поэтому этот метод считается менее перспективным. Гелий в этой технологии является побочным продуктом при промышленном широкомасштабном выделении из сжиженного воздуха кислорода, азота, аргона и других редких и ценных газов. Для того чтобы разделить составляющие земную атмосферу газы, их охлаждают. Заметное отличие температур сжижения разных газов, позволяет разделять смесь, составляющую воздух, на фракции.

Постоянно возрастающий спрос на этот газ стимулирует поиск новых способов его получения. Очень перспективной считается технология с применением мембран, позволяющих разделять смеси газов без применения дорогостоящего криогенного оборудования. До последнего времени гелий таким способом не выделялся. Это происходило потому, что атомы этого газа очень малы, этим и объясняется его повышенная «текучесть», способность к просачиванию. Но, зимой 2014 ситуация изменилась. В России была запушена первая мембранная установка, предназначенная для выделения гелия из природного газа. Работает она непосредственно в месте добычи природного газа, на его месторождении. Газовая смесь в этом случае разделяется в две ступени. Сначала отделяется так называемый «продуктовый» газ, содержащий углеводородные соединения. Затем оставшийся «пермеат» или «нецелевой» газ пропускают сквозь следующую мембрану, отделяя чистый гелий от примесей.

Интересные факты на эту тему

Кроме других, чрезвычайно важных, но менее разрекламированных путей применения, инертный газ гелий давно и прочно связан с понятием праздника. Без этого легкого негорючего газа не обойтись, когда нужны воздушные шарики, способные летать. С его помощью создаются гелиевые или пенные белые или разноцветные «облачка», принимающие форму логотипа фирмы или поздравления к какому-либо событию. Именно гелий поднимает их на высоту до 150 метров. Безопасное гелиевое облако может «плавать» даже в помещении над праздничным столом.

Вдыхание человеком гелия вызывает своеобразный эффект – тембр голоса ненадолго повышается, становится «кукольным». Так происходит оттого, что звук в атмосфере чистого гелия движется намного быстрее, чем в воздухе. Гелий не ядовит, но это развлечение не так невинно, как может показаться на первый взгляд. Большие концентрации гелия в воздухе, вдыхаемом человеком, могут вызвать такие симптомы, как тошнота и рвота, головокружение, потеря сознания или даже смерть от кислородного голодания. Поэтому вдох чистого гелия, к примеру, из воздушного шарика может быть очень опасен. Неисправный баллон с гелием тоже может стать причиной беды. Этот газ не имеет запаха и не отличается едкостью, поэтому его нарастающая постепенно концентрация на протяжении некоторого времени ничем не проявляет себя. Когда концентрация газа становится критической, человек внезапно теряет сознание.

Результатом многочисленных исследований этого газа стало появление новой науки. Гелиеметрией называют науку, изучающую процессы прохождения гелия через разные среды. Практическое применение эти исследования находят в геологии и картировании. Гелий великолепно просачивается сквозь любого рода трещины земной коры. Там где трещин больше, сами трещины крупнее или они перекрещиваются, наблюдается большая концентрация этого газа. Практической пользой такого знания стало составление тектонической карты Земли, объясняющей строение нашей планеты и представляющей не только научный интерес. Кроме определения опасных землетрясениями глубинных разломов в земной коре, гелиеметрия помогает обнаруживать залежи руд, содержащих цветные и редкие металлы, а также необходимые для ядерной энергетики урановые руды.

В Украине гелий можно приобрести в Компании «DP Air Gas». Это одно из ведущих предприятий, занимающихся реализацией технических газов на этой территории. Компания предлагает услуги по доставке в любую точку страны чистого гелия; смесей, содержащих гелий и других газообразных и сжиженных промышленных газов. Осуществляется освидетельствование и ремонт тары, в которой транспортируются или хранятся газы. Подробнее с перечнем предлагаемых к реализации газов и предоставляемых услуг можно ознакомиться здесь.