корпоративная газета
выпуск 8 (206) август 2024
(второй сезон)
Выпуск 8 (206)
путь продукта:
Гелий
Авторы фотографий:
Денис Ганьшин,
ПГМФ-2022
Автор материала:
Юлия Коробова
Каждый житель оренбургского региона знает слово, которое связывает его малую родину с космическим пространством. Этим словом называют газ, который вырабатывается на уникальном предприятии Оренбуржья.
Речь, конечно же, об Оренбургском гелиевом заводе и его традиционном продукте — гелии. Благодаря своим уникальным свойствам гелий применяют в различных сферах: металлургии, пищевой и электронной промышленностях, космонавтике, судостроении, самолетостроении, атомной энергетике.
Гелий
Исторический экскурс
Нужно отметить, что область с космосом связывают также исторические события. В 50-х годах прошлого столетия в Чкаловском военном авиационном училище им. К. Е. Ворошилова (г. Оренбург) совершал учебные полёты первый космонавт планеты Юрий Гагарин. Спустя 20 лет на страницах летописи области появились данные о производстве гелия. Оренбургский гелиевый завод был основан 15 марта 1978 года на территории Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения (ОНГКМ). В гелии тогда остро нуждались многие отрасли промышленности: машиностроение, металлургия, ракетная, атомная и космическая техника.
Гелий
Что за вещество гелий?
Гелий — это инертный газ без цвета и запаха. Атом гелия — одна из прочнейших молекулярных конструкций. Гелий — химически пассивный элемент, так как не вступает в реакцию ни с одним другим химическим элементом. Это связано с тем, что орбиты двух его электронов совершенно идентичны и проходят близко к ядру. Оголить ядро гелия можно, только затратив колоссальную энергию.
Так как молекулы гелия неполярны, сила взаимодействия между ними очень мала. Поэтому «солнечный газ» обладает низшей из возможных температур кипения и наименьшей теплотой испарения. Вещество не затвердевает даже в жидком состоянии, если на него не действует давление в 25 и более атмосфер.
Гелий является лучшим среди газообразных веществ проводником электричества. Он также хорошо проводит тепло. Его теплоемкость очень велика, а вязкость снижена. По своим свойствам гелий близок к состоянию идеального газа. Это термин, который описывает модель газа, где между молекулами отсутствуют силы гравитационного взаимодействия, они взаимодействуют только механически: упругим соударением. В этой модели молекулы — это идеально упругие материальные точки, не имеющие объема.
Понятно и ребёнку
Вспомним надувные шарики. Почему, когда надуваешь шарик самостоятельно, он под силой притяжения опускается на поверхность земли, а шарик, надутый из баллона (такие мы встречаем на праздниках, в цирках и кафе, получаем в подарок на день рождения), тянется вверх?
Дело в том, что баллон наполнен гелием. Этот газ примерно в 7 раз легче воздуха, и воздушный шарик из-за своей небольшой массы (примерно один грамм) тянется за гелием вверх. Шарики, надутые гелием, всегда поднимаются под потолок дома. А если отпустить такой шар на улице, он вовсе поднимется в небо и совсем скоро исчезнет из виду.
По такому же принципу поднимаются в небо воздушные корабли — дирижабли. Их в небе также удерживает лёгкий газ — гелий. Очевидно, что для такого большого воздушного судна гелия требуется в тысячи раз больше.
Гелий
Свет далёких планет
Примечательно, что гелий нередко называются «солнечным газом». Дело в том, что впервые его обнаружили в солнечном спектре. Первооткрывателями считаются французский астроном Пьер Жюль Жансен и английский астроном Джозеф Норман Локьер. В 1868 году Пьер Жюль Жансен впервые исследовал внешнюю оболочку солнца во время полного солнечного затмения в Индии. Спектральный анализ солнечных протуберанцев выявил новую желтую линию, которая не принадлежала ни одному ранее известному элементу. Эту же линию спустя два месяца обнаружил и Локьер. Он предложил назвать новый элемент в честь солнца — гелием.
На земле «солнечный газ» обнаружили только через 30 лет. Ученые из Шотландии смогли выделить гелий из клевеита — природного минерала. А голландский химик и физик Хейке Камерлинг-Оннес смог получить гелий в жидком виде с использованием технологии дросселирования.
В 2019 году ученые выявили интересный факт. Традиционный продукт Оренбургского гелиевого завода (гелий) на заре существования Вселенной положил начало космической химии. Если быть точнее, речь идет об ионизированных молекулах гидрида гелия. Эти молекулы были открыты в 1925 году, но почти 100 лет их наличие в космическом пространстве не подтверждалось учеными. В 2019 году международная команда астрофизиков с помощью крупнейшей в мире стратосферной обсерватории обнаружила спектральную подпись ионизированных молекул гидрида гелия в планетарной туманности под названием NGC 7027.
По предположениям ученых, через 250 тысяч лет после Большого взрыва атомы гелия сплелись с заряженными ионами водорода, образовав ионы гидрида гелия. Эти молекулы стали первыми во Вселенной, и из них сформировались первые звезды, галактики и все небесные тела, которые сегодня изучает человечество.
Гелий
Как производят гелий?
Свой путь в земных условиях «солнечный газ» начинает с Оренбургского нефегазоконденсатного месторождения. Сначала природный газ поступает на Оренбургский газоперерабатывающий завод, а уже с ГПЗ по технологическим трубопроводам отправляется на I и II очереди гелиевого завода. Нужно отметить, что на первой очереди уже осушенный и очищенный газ, на второй — тот, что подлежит осушке и очистке на установке № 25. Далее объединенный поток разделяется на гелиевые блоки. На установках завода из природного газа получают гелий, этановую фракцию и широкую фракцию легких углеводородов.
Установка сжижения гелия. Фото: Денис Ганьшин
Рассмотрим работу старейшей установки № 1 предприятия (второй гелиевый блок). Она состоит из нескольких отделений. Первое — отделение получения гелиевого концентрата и других компонентов, где проходит непрерывный процесс разделения природного газа методом глубокого охлаждения самого газа, его конденсации с последующей отпаркой гелия в колоннах К-1, К-2 и К-3. Далее гелий отправляется на отделение тонкой очистки гелиевого концентрата, где проходит три стадии очистки: очистка от водорода и метана на алюмоплатиновом катализаторе кислородом воздуха в реакторе с последующим удалением влаги и осушкой гелиевого концентрата в адсорберах на цеолите NаХ; очистка от основного количества азота методом его конденсации за счет холода кипящего жидкого азота; очистка от оставшихся азота, неона и других микропримесей в угольных адсорберах на активированном угле. На выходе получается очищенный газообразный гелий марок, А и Б.
Важно знать, что Оренбургский гелиевый завод производит не только газообразный, но и жидкий гелий. В 2014 году на заводе была введена в эксплуатацию установка сжижения гелия № 44, которая представляет собой криогенную технологическую линию по производству и отгрузке газа. Сырьём для производства жидкого гелия служит газообразный гелий. Процесс его сжижения происходит путем охлаждения до чрезвычайно низких температур.
Понятно и ребёнку
Природный газ — это полезное ископаемое, которое человек использует в качестве топлива. Он представляет собой смесь газов, в которой основная доля приходится на метан, а остальные газы (водород, сероводород, гелий, азот) представлены в небольших концентрациях. Природный газ образуется в результате разложения органических веществ в недрах Земли. Грубо говоря, остатки живых организмов, которые скапливались в недрах планеты миллионы лет, в результате многочисленных химических процессов образовывали газ и нефть.
Чтобы извлечь из поверхности планеты эти полезные ископаемые, человек использовал разные способы. Например, в древнем Китае в место, где из земли выходил газ, вставляли бамбуковую трубку и регулировали его подачу. В наше время газ добывают из скважин. Это специальные углубления в поверхности земли. Но если залежи газа нашли под водой, то строят буровую платформу, с помощью которой можно добыть газ с морского дна. Добытый газ транспортируется по трубам до перерабатывающих предприятий, где из него получают множество химических веществ, которые люди используют в своей жизнедеятельности.
В случае с производством гелия газ делают очень холодным, из-за чего он разделяется на множество потоков — ниточек, одна из которых гелиевый концентрат. Потом полученный концентрат очищается от всех остальных элементов, и в итоге в трубе остается один гелий. И если его снова охладить, то гелий перейдет в жидкое состояние, и получится еще один продукт.
Гелий
Путь продукта до потребителя
Газообразный гелий реализуется уполномоченной организацией по реализации нефти, газового конденсата и продукции газонефтепереработки предприятий Группы «Газпром». Затем весь объем этого гелия отправляется конечному потребителю в разные регионы России. Гелий реализуется в баллонах объёмом до 40 литров и в специализированных ёмкостях различного объема (до нескольких тысяч кубов). Жидкий гелий реализуется исключительно в специальных ISO-контейнерах в среднем по 4,5 тонны.
Гелий реализуется в баллонах объёмом до 40 литров и в специализированных ёмкостях различного объема (до нескольких тысяч кубов). Фото: Денис Ганьшин
Благодаря своим уникальным свойствам гелий необходим в различных сферах производства. В двадцатых годах XX века им наполняли оболочки дирижаблей и воздушных кораблей. В настоящее время «солнечный газ» используют для создания специальной безвоздушной среды. Например, при проведении отдельных стадий получения ядерного горючего. В медицине известен так называемый гелиевый воздух, который эффективно снимает удушье, лечит астму и заболевания гортани. Это связано с тем, что гелиевый воздух имеет плотность в три раза меньше, чем обычный. Поэтому дышать им легче из-за уменьшения работы дыхательных мышц.
Жидкий гелий реализуется исключительно в специальных ISO-контейнерах в среднем по 4,5 тонны. Фото: Архив ПГМФ-2022
Гелий применяется в металлургии, пищевой и электронной промышленностях, космонавтике, судостроении, самолетостроении, атомной энергетике. «Солнечный газ» стал незаменимым для многих процессов: сварки и резки металлов, детектирования микротечей и производства оптического волокна. В научных исследованиях чаще всего фигурирует жидкий гелий. Это самая холодная жидкость на нашей планете, температура его кипения составляет минус 268,94°C. Его активно применяют в криогенной технике для охлаждения специализированного медицинского оборудования, в качестве хладагента для сверхпроводящих магнитов, используемых в передовых научных экспериментах, таких как ускорители частиц и аппараты магнитно-резонансной томографии (MRI), в космических полетах для охлаждения чувствительных приборов, таких как инфракрасные телескопы и датчики, для обеспечения точных показаний и наблюдений.
Понятно и ребёнку
Понятно и ребёнку
Вернемся к тому, с чего начали. Конечно же, чаще всего ты можешь встретить гелий в надувных шарах. Но если присмотреться внимательно, этот газ оставляет свой след повсюду!
Например, оптическое волокно, благодаря которому в твоей квартире работает интернет, появилось с использованием гелия. В магазине мы покупаем товары с помощью «солнечного газа»: чтобы считать информацию со штрих-кода, на кассе супермаркета используют сканеры с гелий-неоновым лазером — это смесь гелия и неона в пропорции 10:1 соответственно.
Без гелия на земле многие процессы станут более затрудненными и даже невозможными! Самый простой пример — полёты ракет в космос. Гелий необходим для очистки двигателей, продувки топливных баков жидкостных ракет и других процессов.
Читать дальше
путь продукта
Сосногорский ГПЗ
корпоративная газета
выпуск 8 (206) авг 2024