Гелиевые технологии представляют собой сложный комплекс криогенных, адсорбционных мембранных процессов для извлечения гелия из природных и вторичных источников, его очистки от примесей, получения товарных продуктов как в жидком, так и в газообразном виде.
Большинство современных заводов по выделению гелия перерабатывают углеводородный природный газ с содержанием гелия 0,1…0,6%об., в рамках общей гелиевой концепции необходимо выделять гелий из месторождений, где его природная концентрация превышает 0,1 об.%, а общие запасы гелия в месторождении превышают 30 млн.нм3.
В РФ большинство таких месторождений сосредоточено в Восточной Сибири и Якутии.
Главные крупнотоннажные технологии гелиевого комплекса:
были разработаны и освоены советскими и российскими предприятиями в период строительства и эксплуатации Оренбургского гелиевого завода.
Наиболее энергоемкие стадии – получение первичного гелиевого концентрата (3…6 об.% гелия) и товарного гелиевого концентрата (70…90 об.% гелия), как правило, сопрягаются с криогенными процессами получения СПГ, выделения этана и ШФЛУ, отделения паразитного азота от углеводородной части природного газа. В этом случае себестоимость производства гелиевого концентрата существенно ниже, чем целевое получение гелиевого монопродукта.
По такому принципу реализованы все крупные мировые гелиевые проекты последних десятилетий: в Отисе (США, ВОС-Linde, этан+гелий+азот), Либерале (США, Air Products, этан+гелий+азот), Улисисе (США, PRAXAIR, этан+гелий+азот), Скикде (Алжир, Linde, СПГ), Арзу (Алжир, Air Products, СПГ), Катар-1 ,2,3 (Air Liquid, Air Products+ др., СПГ), Дарвин (Австралия, BOC-Linde, СПГ).
Дискуссионный вопрос об использовании мембранных технологий в процессе предварительного концентрирования гелия пока не нашел практического многолетнего подтверждения, хотя ряд операторов крупных гелиевых заводов – компании Air Products (США) и Air Liquid (Франция) являются разработчиками мембранных технологий и практикуют их в крупнотоннажных процессах выделения водорода, углекислого газа и других компонентов. По-видимому, стабильность свойств современных гелиевых мембран недостаточна для экономически обоснованной длительной эксплуатации в углеводородной среде по сравнению с практикой применения криогенных процессов.
Вместе с тем, мембранные технологии постоянно совершенствуются и в будущем, возможно, будут созданы привлекательные образцы конкурентного гелиевого оборудования.
В данный момент наиболее надежная технология получения гелиевого концентрата в условиях Восточной Сибири и Якутии — совмещенный криогенный процесс переработки природного газа и отделение паразитного азота, с получением сырьевого гелия и востребованных углеводородных фракций. Далее концентрат направляется на длительное хранение или очистку от примесей перед ожижением.
В РФ на Оренбургском гелиевом комплексе в 2000 годы был освоен современный процесс тонкой очистки гелия при азотных температурах и давлении 20…25 атм., который может успешно применяться на новых сибирских заводах.
Есть модификации этого процесса с встроенными системами короткоцикловой адсорбции и жидкостной сепарации азота, хорошо зарекомендовавшие себя на практике.
Также РФ обладает конкурентными турбодетандерными технологиями производства жидкого гелия, реализованными в ожижителях гелия производительностью до 1100 л/ч. При необходимости они могут быть доработаны до моноблочной мощности в 3000 л/ч.
Эта технология предполагает предварительное захолаживание газообразного очищенного гелия до температуры кипения жидкого азота и последующее расширение гелия в двух ступенях газовых турбодетандеров и финишной стадии расширения в парожидкостной энергоэффективной турбине. Скорость вращения роторов турбин достигает уровня 300 тысяч оборотов в минуту.
Таким образом, Россия обладает конкурентными базовыми гелиевыми технологиями для создания независимого производства и распределения гелия. Практическая реализация национальной программы может быть осуществлена силами ОАО «НПО «ГЕЛИЙМАШ» (технологическое оборудование, транспортные гелиевые цистерны), ООО «ЛЕННИИХИММАШ» (проектирование), ЗАО «НИИтурбокомпрессор» (г. Казань, винтовые компрессоры), ПАО «КРИОГЕНМАШ» (Емкостное оборудование), ООО «Криомаш-БЗКМ» (арматура, трубопроводы), ОАО «Пензкомпрессормаш» (поршневые компрессоры), АО «УКЗ» (г. Екатеринбург, поршневые и мембранные компрессоры), ООО «НТК «Криогенная техника» (г. Омск, арматура), АО «Уралкриомаш» (г. Нижний Тагил, емкостное оборудование), РЭП Холдинг (азотные турбокомпрессоры), ООО «ВНИПИгаздобыча» (г. Саратов, проектирование, обустройство месторождений).
Эти и другие отечественные авторитетные компании должны стать базисом развития национальной гелиевой индустрии.
