1. Trang chủ
  2. /
  3. Tin tức
  4. /
  5. Khí Heli
  6. /
  7. Sản xuất khí Heli

quy trình sản xuất khí heli

Sản xuất khí Heli

Thông tin chung

Khí heli là một trong những yếu tố hóa học cơ bản. Trong trạng thái tự nhiên, heli là một loại khí không màu được biết với mật độ thấp và ít phản ứng hóa học. Nó thường được biết đến như là một chất thay thế không dễ cháy cho hydro để tạo ra lực nâng ( khả năng bay) của  khí cầu và các loại bóng bay. Bởi vì nó là khí trơ, nó cũng được sử dụng như một tấm chắn khí trong hàn hồ quang robot và như một không khí không phản ứng để phát triển tinh thể silic và gecmanium được sử dụng để làm các thiết bị bán dẫn điện tử. Heli lỏng thường được sử dụng để cung cấp nhiệt độ cực kỳ thấp cần thiết cho một số ứng dụng y học và khoa học nhất định, bao gồm nghiên cứu siêu dẫn.

Mặc dù heli là một trong những nguyên tố sẵn có nhất trong vũ trụ, phần lớn nó tồn tại bên ngoài khí quyển của trái đất. Helium đã không được phát hiện cho đến năm 1868, khi nhà thiên văn Pháp Pierre Janssen và nhà thiên văn người Anh Joseph Joseph Lockyer đã độc lập nghiên cứu về nhật thực của Mặt trời. Sử dụng quang phổ kế, tách ánh sáng thành các dải màu khác nhau phụ thuộc vào các nguyên tố hiện diện, cả hai đều quan sát thấy một dãy ánh sáng màu vàng không thể xác định được với bất kỳ phần tử nào đã biết. Tin tức về các phát hiện của họ đã được thông tin tới giới khoa học trong cùng một ngày, và cả hai người đàn ông thường được ghi nhận với khám phá này. Lockyer đề nghị tên helium cho nguyên tố mới, bắt nguồn từ từ helios (tiếng Hy Lạp nghĩa là mặt trời).

Năm 1895, nhà hóa học Anh Sir William Ramsay phát hiện ra rằng cleveite, khoáng chất urani, chứa heli. Nhà hoá học Thụy Điển P.T. Cleve và Nils Langlet đã khám phá ra cùng một lúc. Đây là lần đầu tiên helium được xác định hiện diện trên trái đất. Năm 1905, khí tự nhiên lấy từ một giếng gần Dexter, Kansas, được tìm thấy có chứa khoảng 2% hêli. Các kiểm nghiệm của các nguồn khí tự nhiên khác trên thế giới đã tạo ra nồng độ helium khác nhau, với nồng độ cao nhất được tìm thấy ở Hoa Kỳ.

Vào đầu những năm 1900, sự phát triển của những chiếc khinh khí cầu đều chủ yếu sử dụng hydro mặc dù người ta biết nó rất dễ cháy nổ. Trong Thế chiến I, chính phủ Hoa Kỳ nhận ra rằng helium không dễ cháy nổ như hydrogen và tuyên bố nó là một vật liệu chiến tranh quan trọng. Sản xuất được kiểm soát chặt chẽ, và xuất khẩu đã bị cắt giảm. Năm 1925, Hoa Kỳ đã thông qua Đạo luật bảo vệ Helium đầu tiên cấm bán helium cho người sử dụng phi chính phủ. Cho đến năm 1937, khi chiếc Hindenburg đầy chất đầy hyđrô đã nổ tung khi hạ cánh tại Lakehurst, New Jersey, những hạn chế đã được dỡ bỏ và hêli thay thế hydro cho các tàu hàng không nhẹ hơn trên biển.

Trong Thế chiến II, heli trở thành vật liệu chiến tranh quan trọng một lần nữa. Một trong những cách sử dụng khác thường của nó là để bơm lốp trên máy bay ném bom tầm xa. Trọng lượng nhẹ hơn của helium cho phép chiếc máy bay mang thêm 70 lít nhiên liệu để bay xa hơn.

Sau chiến tranh, nhu cầu về hêli phát triển nhanh đến nỗi chính phủ đã áp dụng Hiến pháp Helium vào năm 1960 để mua và lưu giữ khí để sử dụng trong tương lai. Đến năm 1971, nhu cầu đã giảm xuống và chương trình lưu trữ helium đã bị hủy bỏ. Vài năm sau, chính phủ lại bắt đầu lưu trữ helium. Vào năm 1993, có khoảng 35 tỷ feet khối (1 tỷ mét khối) helium trong kho của chính phủ.

Ngày nay, phần lớn các nguồn khí thiên nhiên chứa heli nằm trong phạm vi Hoa Kỳ. Canada, Ba Lan, và một số nước khác cũng có nguồn đáng kể.

Nguồn nguyên liệu Heli thô

Helium được tạo ra dưới lòng đất bởi sự phân rã phóng xạ của các nguyên tố nặng như urani và thori. Một phần của bức xạ từ các nguyên tố này bao gồm các hạt alpha tạo thành hạt nhân của các nguyên tử hêli. Một số khí heli này tìm đường đến bề mặt và đi vào bầu khí quyển, nơi nó nhanh chóng tăng lên và trốn thoát vào không gian. Phần còn lại bị mắc kẹt dưới lớp không thấm qua của đá và trộn lẫn với các khí tự nhiên hình thành ở đó. Lượng heli được tìm thấy trong các mỏ khí tự nhiên khác nhau dao động từ gần như bằng không tới cao hơn 4% theo thể tích. Chỉ có khoảng một phần mười các mỏ khí đốt tự nhiên hoạt động có nồng độ helium lớn hơn 0.4%.

Helium cũng có thể được sản xuất bằng cách hoá lỏng và tách các khí thành phần. Chi phí sản xuất cho phương pháp này cao, và lượng heli chứa trong không khí rất thấp. Mặc dù phương pháp này thường được sử dụng để sản xuất các khí khác, như nitơ và oxy, nhưng hiếm khi được sử dụng để sản xuất helium.

Quá trình sản xuất khí Heli

Helium thường được sản xuất như là một sản phẩm phụ của quá trình xử lý khí tự nhiên. Khí tự nhiên có chứa mêtan và các hydrocarbon khác, là nguồn năng lượng nhiệt chủ yếu khi đốt khí tự nhiên. Hầu hết các mỏ khí đốt tự nhiên cũng có chứa một lượng nhỏ ni tơ, hơi nước, carbon dioxide, helium, và các vật liệu không cháy khác làm giảm năng lượng nhiệt tiềm tàng của khí. Để sản xuất khí tự nhiên với mức năng lượng nhiệt có thể chấp nhận, các tạp chất này phải được loại bỏ. Quá trình này được gọi là nâng cấp.

Có một số phương pháp được sử dụng để nâng cấp khí tự nhiên. Khi khí có chứa nhiều hơn khoảng 0,4% helium theo thể tích, phương pháp chưng cất cryo thường được sử dụng để phục hồi hàm lượng helium. Một khi heli đã được tách ra khỏi khí tự nhiên, nó phải trải qua việc tinh chế hơn nữa để mang nó đến 99,99% độ tinh khiết cho mục đích thương mại.

Đây là quy trình cơ bản để chiết xuất và sản xuất helium.

quy trình sản xuất khí heli
quy trình sản xuất khí heli

Tiền xử lý

Phương pháp này sử dụng một hệ thống làm lạnh cực mạnh làm cho tất cả các tạp chất bị đông lại như hơi nước, carbon dioxide và một số hydrocarbon nặng, rồi loại bỏ chúng khỏi khí tự nhiên trong quá trình tiền xử lý để ngăn ngừa tính trạng tắc đường ống dẫn khí của các bước sau.

  • Khí tự nhiên được nén đến áp suất đến khoảng 800 psi (5.5 MPa hoặc 54 atm). Sau đó, nó được dẫn qua máy lọc, trong đó một lượng monoethanolamin được phun ra để hấp thụ carbon dioxide và mang đi.
  • Dòng khí đi qua một thiết bị lọc phân tử, làm đọng lại các phân tử hơi nước lớn hơn từ dòng khí trong khi cho phép các phân tử khí nhỏ đi qua. Nước được đẩy trở lại ra khỏi lưới và tháo ra.
  • Bất kỳ hydrocarbon nặng nào trong dòng khí thu được trên bề mặt của một bể than hoạt tính khi khí đi qua nó. Định kỳ, than hoạt tính được nạp lại. Dòng khí này hiện nay chứa chủ yếu là mêtan và nitơ, với một lượng nhỏ helium, hydro và neon.

Tách khí Heli

Khí tự nhiên được tách thành các thành phần chính thông qua quá trình chưng cất gọi là chưng cất phân đoạn. Đôi khi tên này được rút ngắn thành phân đoạn, và các cấu trúc dọc được sử dụng để thực hiện việc tách này được gọi là phân đoạn cột. Trong quá trình chưng cất phân đoạn, nitơ và mêtan được tách ra trong hai giai đoạn, để lại một hỗn hợp các khí chứa một tỷ lệ cao của helium. Ở mỗi giai đoạn, nồng độ, hoặc phần nhỏ, của mỗi thành phần sẽ tăng lên cho đến khi việc tách hoàn thành.

Trong ngành khí công nghiệp, quá trình này đôi khi được gọi là sự loại bỏ nitơ, vì chức năng chính của nó là loại bỏ lượng nitơ dư thừa ra khỏi khí tự nhiên.

  • Dòng khí này đi qua một bên của một tấm trao đổi nhiệt vây, trong khi khí metan và nitơ rất lạnh từ phần nấm đông qua mặt kia. Luồng khí đến được làm mát, trong khi khí mê-tan và nitơ đang nóng lên.
  • Dòng khí sau đó đi qua van mở rộng, cho phép khí mở rộng nhanh chóng trong khi áp suất giảm xuống khoảng 145-360 psi (1,0-2,5 MPa hoặc 10-25 atm). Sự giãn nở nhanh chóng này làm lạnh dòng khí đến mức mà khí mê-tan bắt đầu bị lỏng.
  • Dòng khí – bây giờ là một phần chất lỏng và một phần khí – đi vào cơ sở của cột phân đoạn áp suất cao. Khi khí hoạt động theo đường dẫn của nó qua các tấm chắn bên trong cột, nó sẽ mất thêm nhiệt. Metan tiếp tục lỏng, tạo thành một hỗn hợp giàu methane ở dưới cùng của cột trong khi hầu hết khí nitơ và các khí khác chảy tới đỉnh.
  • Hỗn hợp methane lỏng, được gọi là metan thô, được rút ra từ đáy của cột áp suất cao và được làm lạnh thêm trong máy làm lạnh sơ bộ. Sau đó nó đi qua van mở rộng thứ hai, làm giảm áp suất xuống khoảng 22 psi (150 kPa hoặc 1,5 atm) trước khi nó đi vào cột phân tách áp suất thấp. Khi mêtan lỏng hoạt động theo cột, hầu hết lượng nitơ còn lại được tách ra, để lại một chất lỏng không quá 4% nitơ và lượng khí mêan cân bằng. Chất lỏng này được bơm ra, làm nóng, và bốc hơi để trở thành khí tự nhiên được nâng cấp. Nitơ khí được đặt trên đỉnh của cột áp suất thấp và được hút hoặc thu giữ để chế biến tiếp.
  • Trong khi đó, các khí từ đỉnh của cột áp suất cao được làm lạnh trong một Khi tách ra từ khí tự nhiên, helium thô được tinh chế trong một quá trình đa giai đoạn liên quan đến một số phương pháp tách khác nhau tùy thuộc vào độ tinh khiết của helium thô và dự định áp dụng sản phẩm cuối cùng. Phần lớn lượng nitơ ngưng tụ thành hơi và được đưa vào đỉnh của cột áp suất thấp. Loại khí còn lại được gọi là heli thô. Nó có chứa khoảng 50-70% helium, 1-3% metan không được sử dụng, một lượng nhỏ hydro và neon, và lượng nitơ cân bằng.

Tinh chế

quy trình sản xuất tinh chế khí heli
quy trình sản xuất tinh chế khí heli

Helium thô phải được tinh chế thêm để loại bỏ hầu hết các vật liệu khác. Đây thường là một quá trình đa giai đoạn liên quan đến một số phương pháp tách khác nhau tùy thuộc vào độ tinh khiết của helium thô và ứng dụng dự định của sản phẩm cuối cùng.

  • Heli ban đầu được làm mát đến khoảng -315 ° F (-193 ° C). Ở nhiệt độ này, hầu hết khí nitơ và metan tụt lại thành chất lỏng và thoát nước. Các hỗn hợp khí còn lại hiện nay khoảng 90% tinh khiết helium.
  • Không khí được thêm vào hỗn hợp khí để cung cấp oxy. Khí nóng lên trong máy gia nhiệt trước và sau đó nó đi qua một chất xúc tác, làm cho hầu hết hydro trong hỗn hợp phản ứng với oxy trong không khí và tạo thành hơi nước. Sau đó, khí được làm mát, và hơi nước ngưng tụ và được thoát ra.
  • Hỗn hợp khí vào trong một thiết bị hấp phụ áp lực swing (PSA) bao gồm một vài mạch hấp phụ hoạt động song song. Trong mỗi con tàu có hàng ngàn hạt chứa đầy các lỗ nhỏ. Khi hỗn hợp khí đi qua các hạt này dưới áp suất, một số khí bị kẹt trong các lỗ của hạt. Áp lực giảm xuống và dòng chảy của khí được đảo ngược để tẩy các khí bị bẫy. Chu kỳ này được lặp lại sau vài giây hoặc vài phút, tùy thuộc vào kích cỡ của các mạch và nồng độ khí. Phương pháp này loại bỏ phần lớn hơi nước còn lại, nitơ và mêtan khỏi hỗn hợp khí. Heli hiện nay có độ tinh khiết 99,99%.

Phân phối Heli

quy trình sản xuất phân phối khí heli
quy trình sản xuất phân phối khí heli

Helium được phân phối dưới dạng khí ở nhiệt độ bình thường hoặc dưới dạng chất lỏng ở nhiệt độ rất thấp. Hêli khí được phân bố trong các ống thép hợp kim hoặc nhôm hợp kim giả mạo ở áp suất trong khoảng 900-6.000 psi (6-41 MPa hoặc 60-410 atm). Số lượng lớn helium lỏng được phân phối trong các thùng chứa cách điện với dung tích khoảng 14.800 gallon (56.000 lít).

  • Nếu helium được hoá lỏng, hoặc nếu cần độ tinh khiết cao hơn, neon và bất kỳ tạp chất nào được loại bỏ bằng cách truyền khí qua một lớp than hoạt tính trong Helium được phân phối dưới dạng khí ở nhiệt độ bình thường hoặc dưới dạng chất lỏng ở nhiệt độ rất thấp.
    Helium được phân phối dưới dạng khí ở nhiệt độ bình thường hoặc dưới dạng chất lỏng ở nhiệt độ rất thấp.
    máy thu thanh cryo hoạt động ở khoảng -423 ° F (-253 ° C). Mức độ tinh khiết của 99,999% hoặc tốt hơn có thể đạt được với bước cuối cùng này.
  • Hêli sau đó được đưa vào chất lỏng, nơi nó đi qua một loạt các bộ trao đổi nhiệt và các ống mở rộng. Khi nó được làm mát và mở rộng dần dần, nhiệt độ của nó giảm xuống khoảng -452 ° F (-269 ° C) và nó làm lỏng.
  • Một lượng lớn helium lỏng thường được vận chuyển trong các thùng chứa không bị cản trở. Nếu lô hàng nằm trong lục địa Hoa Kỳ, thời gian vận chuyển thường ít hơn một tuần. Trong những trường hợp đó, helium lỏng được đặt trong xe kéo lớn, được cách ly bằng xe tải. Thân thùng được làm bằng hai vỏ với một không gian chân không giữa vỏ bên trong và bên ngoài để giảm sự mất nhiệt. Trong không gian chân không, nhiều lớp lá phản xạ tiếp tục làm giảm lưu lượng nhiệt từ bên ngoài. Đối với lô hàng mở rộng ở nước ngoài, heli được đặt trong các container chuyên chở. Ngoài một không gian chân không để cung cấp cách nhiệt, các thùng chứa này cũng có một vỏ thứ hai chứa đầy nitơ lỏng để hấp thụ nhiệt từ bên ngoài. Khi nhiệt được hấp thụ, ni tơ lỏng sôi và thoát ra.

Kiểm soát chất lượng khí heli

Hiệp hội khí nén thiết lập các tiêu chuẩn phân loại cho helium dựa trên số lượng và loại tạp chất có mặt. Các lớp helium thương mại bắt đầu với lớp M, tinh khiết 99,995% và chứa một lượng nước, khí mê-tan, oxy, nitơ, argon, neon và hydro hạn chế. Các loại cao cấp khác bao gồm loại N, loại P, và loại G. Lớp G đạt 99.9999% nguyên chất. Định kỳ lấy mẫu và phân tích của sản phẩm cuối cùng đảm bảo rằng các tiêu chuẩn của độ tinh khiết đang được đáp ứng.

Tương lai của khí Heli

Năm 1996, chính phủ Hoa Kỳ đã đề xuất rằng chương trình lưu trữ helium sẽ được tạm dừng. Điều này đã khiến nhiều nhà khoa học lo lắng. Họ chỉ ra rằng heli thực chất là một sản phẩm xử lý khí thải tự nhiên và không có kho chứa của chính phủ, hầu hết heli sẽ được đưa vào bầu khí quyển, nơi nó sẽ trốn thoát vào không gian và mất đi mãi mãi. Một số nhà khoa học dự đoán rằng nếu điều này xảy ra, trữ lượng helium trên trái đất có thể bị cạn kiệt vào năm 2015.

 

Mua bán khí Heli toàn quốc

Mua bán khí heli, vỏ chai khí heli,bóng bay heli, dịch vụ bơm bóng heli, các loại bình khí heli tại Hà nội hay trên toàn quốc, liên hệ Hotline công ty TNHH Novigas để được phục vụ

Tìm hiểu thêm thông tin

nguồn: madehow.com

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Call Now Button
error: Content is protected !!