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氦气:天然气行业的副产品

发布时间:2021-01-07 15:30:04 打印

(一)什么是氦气?

氦是一种化学元素,无色,无臭,无味,惰性气体。它具有最小的原子半径和第二低原子量。它是比空气轻。

大多数人都知道,氦用作飞艇和聚会气球一个起飞气体,但也不能命名其使用另一种方式。最重要使用氦作为用于磁共振成像(MRI)在医疗设备中使用的机器的冷却气体。氦的其它重要用途包括:用于焊接的保护气体,为受控气氛制造的惰性气体中,用于泄漏检测一个挥发性气体,以及用于加压呼吸混合物的低粘度的气体。

(二)氦气从哪里来?

氦在地球的大气层的含量很少。它是这样的,地球的引力握不住它的轻元素。当存在于地球表面,无重量的氦立即开始上升,直接离开了这个星球。这就是为什么派对气球会上升!

从地面得到的是商业上所产生的氦。一些天然气田有,它能够以经济的成本中提取的气体中的氦。在美国的一些地区有的体积超过7%的氦。在这些地区,钻探天然气公司生产的天然气,然后提纯氦作为副产物。

(三)为什么氦存在天然气中?

大多数是从天然气提取氦气被认为由在地球大陆地壳花岗岩铀和钍的放射性衰变而形成。作为一个很轻的气体,浮力并力求向上移动。最丰富的氦积累被发现在存在三个条件:1)花岗岩基底岩石中含有丰富的铀和钍; 2)基岩裂隙有故障,并提供了氦气的路径;和,3)的基底断层上述多孔沉积岩由岩盐或无水的不透水密封封端。 当所有这三个条件都满足,氦气可能会在多孔沉积岩层堆积。

氦具有约0.2纳米的最小原子半径。所以,当它形成并开始向上移动它可以通过岩石内的非常小的孔隙空间。岩盐是唯一沉积岩,可以阻止氦原子的向上迁移。有堵塞丰富的有机物质(干酪根)的孔隙空间,有时作为一个不太有效的屏障页岩。

(四)哪里有天然气丰富的氦?

大部分未经处理的天然气含有微量氦气。只有极少数的天然气田含有富足氦气。天然气源必须含有至少0.3%的氦,才被认为是一个富足的氦源。

世界氦资源:

美国20.6亿立方米

卡塔尔10.1亿立方米

阿尔及利亚8.2亿立方米

俄罗斯6.8亿立方米

加拿大2.0亿立方米

中国1.1亿立方米

来自美国地质勘探局矿产品摘要上述areestimated氦资源的值

2010年,所有在美国的氦气处理的天然气来自科罗拉多州,堪萨斯州,俄克拉荷马州,得克萨斯州,犹他州和怀俄明州,Hugoton在俄克拉荷马州,堪萨斯州和得克萨斯州;Panoma场堪萨斯州;在凯斯场俄克拉何马州;狭长地带西部和摩崖场在德克萨斯州和莱利岭场怀俄明州占了大部分的氦产量在美国。

2010年,美国生产1.28亿氦立方米。已知的生产量的其他国家有:阿尔及利亚(18亿立方米),卡塔尔(13亿立方米),俄罗斯(6亿立方米)和波兰(3亿立方米)。加拿大和中国生产的小,但有大量未申报的氦气。

(五)氦的用途

氦的特性,使得它特别非常适合于某些用途性质。在一些这样的用途,氦是使用最佳可能的气体和在少数存在用于氦没有足够的替代品。用使它适合使用的属性沿氦的几种用途如下所述。

1)磁共振成像

使用氦气的是在医疗设施用于评估伤害和诊断疾病的磁共振成像设备。这些机器利用由超导磁体产生的磁场。这些磁铁产生的热量大量。液态氦是选择用于调节这些磁体的温度的冷却物质。因为氦具有比任何气体的最低沸点/熔点,其他气体无法代替。

2)起飞气

氦具有任何元件的第二最低原子量。只有氢具有较低的原子量。作为一个比空气轻的气体,氦已被用作“起重气”为飞艇和气球。飞艇,飞艇,飞艇,防空气球,气象气球和其他比打火机空气的航空器全都使用氦作为起重气体。它比氢更安全,因为它不易燃。这是氦气使用最重要的一类,直到二战结束。氦的低得多的量现在用作起重气体。

 

3)清扫气体

氦具有任何气体的最低熔点和沸点。它熔化,在温度接近绝对零度沸腾。因为它在非常低的温度下仍然是一种气体,它可以被用来作为该填充有非常冷的液体,如液态氢和液态氧燃料箱和燃料输送系统中的吹扫气体。因为它是惰性的并且具有低的冷冻温度,它可以安全地取代这些燃料不结冰。氦大量被用于清除火箭推进系统使用美国航天局和国防部。

4)可控气制造

 

氦是惰性气体。具有较低反应性的唯一气体是氖。这种反应性低,使氦的宝贵气体时,需要在惰性气氛中制造和维修过程中使用。氦也有任何气体的第二密度最低沿着具有非常高的热导率。氦气的这些特性使得它成为对于许多冶金过程的气氛中,在化学蒸汽生长完美晶体,制造光纤和其他用途。

5)检漏

 

氦具有非常低的粘度,高的扩散系数和任何元素的最小原子。这些特性使氦气很难遏制。如果系统有泄漏,氦气会逃跑。因此氦气用于测试高真空系统,燃油系统和其他安全壳泄漏。

6)呼吸混合物

 

氦气等惰性气体用于制备深水潜水和医疗呼吸混合物。氦在这里使用,因为它是惰性的,具有非常低的粘度和更易于在压力下呼吸比任何其他气体。

7)焊割气

 

焊接时的氦气被用作保护性气氛。惰性气体气氛保护免于氧化和可能在高温下迅速发生其他反应热金属。

(六)氦资源

氦:一种不可再生资源

氦是哪里发生的可能性不大的,巧合的是只找到了气体。尽管不断受到放射性矿产衰变在地壳中产生的,它的自然生产和积累的速度很慢,它被认为是一种不可再生的资源。

对于美国这样的“富氦”国家,在相当长的一段时期内似乎不需要考虑“氦资源危机”的问题,但事实上不管是科研工作者还是医疗工作者都在考虑如何面对这一危机。最直接的办法就是节流。王国强告诉《科学新闻》:“现在医院的核磁共振仪很多自身带有密闭性很好、防止蒸发的液氦装置,大大减少了液氦的需求量……先前的一些耗费液氦量大的仪器已经逐渐被淘汰。”

更多的科学家尝试用其他的制冷方式来代替液氦制冷。刘立强便是其中的一位,他希望用无液氦的制冷机来达到超导磁体的工作温度。“相对于液氦制冷,制冷机的氦需求量很低(用作制冷机的制冷气体),制冷机主要通过冷桥与磁体相连,采用的是热传导的制冷方式,而液氦主要是将磁体浸泡其中,对流制冷起很大作用。”刘立强说。

然而这种方法目前还没有真正用于医用核磁共振仪。有专家表示,液氦制冷的优势现在比较明显:制冷效果稳定,对于成像要求条件苛刻的医用设备,这点很重要。制冷机的稳定性不如液氦,容易受到扰动影响,这对精确成像是不利的。但他也表示,随着技术的进一步发展、成熟,制冷机代替液氦制冷也并非不可能。

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