Как получают гелий

Впервые гелий обнаружили в солнечной атмосфере. Это случилось в 1868 году благодаря работе французского астронома Пьера Жансена и британского ученого Джозефа Локьера. Во время солнечного затмения, анализируя свет методом спектроскопии (излучение разлагается призмой на цветные линии), они заметили необычную ярко-желтую линию, не соответствующую ни одному известному элементу.

Впоследствии выяснилось, что гелий занимает второе место после водорода по распространенности во Вселенной. А на нашей планете его впервые выделил в 1895 году шотландский химик Уильям Рамзай из радиоактивного минерала клевеита.

Мировая добыча

Известные запасы гелия на Земле оцениваются в 41 млрд кубометров. Основные месторождения расположены в Катаре, Алжире, США и России. Ежегодно в мире добывают около 175 млн кубометров. Лидером по производству являются США.

В России этот газ получают лишь на одном предприятии — Оренбургском гелиевом заводе, который принадлежит ООО «Газпром переработка». Общий объем производимого здесь продукта составляет всего 5 млн кубометров в год. Это объясняется тем, что оренбургское месторождение считается «бедным» по содержанию гелия. Его доля в добываемом газе не превышает 0,055 % (рядовыми считаются залежи с концентрацией 0,1–0,5 %, а богатыми — свыше 0,5 %).

Основные же запасы гелия в России сосредоточены в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Однако его добыча на этих территориях еще недостаточно развита. При этом концентрация гелия там достигает 0,2–0,8 %.

Технология выделения и очистки

Процесс извлечения гелия из природного газа представляет собой сложную многоступенчатую операцию. На первом этапе осуществляется низкотемпературная конденсация (криогенная обработка) при температурах ниже –200 ^oС. Этот процесс происходит в специальных теплообменных аппаратах, где природный газ последовательно охлаждается, что позволяет отделять основные компоненты — метан, этан и другие углеводороды. В результате получают гелиевый концентрат, где доля целевого вещества составляет не менее 80 %.

Далее следует этап очистки от примесей. Концентрат проходит через систему адсорберов с активированным углем и молекулярными ситами. На этом этапе удаляются метан, азот, водород, неон и аргон. В результате получают гелий технической (99,995 %) или высокой (99,9999 %) чистоты, в зависимости от требований заказчика.

Особенность технологии заключается в необходимости работы с экстремально низкими температурами и высокими давлениями. Это требует использования специальных материалов и точного контроля всех параметров процесса.

Сферы использования гелия

Гелий — уникальное вещество с исключительными характеристиками. Его температура кипения составляет –268,94 ^oС, он отличается высокой теплопроводностью и способностью проводить электрический ток. Эти свойства делают газ незаменимым в таких отраслях, как авиастроение, космическая индустрия, электроника, ядерная энергетика и медицина.

Гелий используется для создания дыхательных смесей — как для космонавтов на орбитальных станциях, так и для глубоководных водолазов. Кроме того, он применяется в лечении заболеваний дыхательных путей, а также для наполнения аэростатов и праздничных шаров. Поскольку газ нетоксичен, его кратковременное вдыхание в смеси с воздухом абсолютно безопасно.

Особые качества гелия востребованы и в других сферах. В металлургии — для защиты зоны сварки от окисления. В атомной промышленности этот газ используется как эффективный теплоноситель в отдельных моделях реакторов.

Надвигающийся дефицит

Специалисты предупреждают: мировой спрос на гелий продолжит увеличиваться. К 2030 году потребление может составить 238–312 млн кубометров, тогда как производство едва ли превысит 213–238 млн м³. Это приведет к глобальному дефициту, для ликвидации которого потребуется резкое наращивание объемов добычи.

В России перспективными центрами по выпуску гелия могут стать Чаяндинское и Ковыктинское месторождения в Восточной Сибири, а также другие залежи этого региона. У нашей страны имеются все возможности превратиться в одного из ключевых мировых поставщиков данного газа.