Heli là gì và được chiết xuất từ khí tự nhiên như thế nào?

Nhà máy xử lý khí Amur, cơ sở sản xuất heli lớn nhất của Nga, đang được xây dựng

“Cư dân” của mặt trời

Tên nguyên tố này bắt nguồn từ Helios, tên của thần Mặt trời trong thần thoại Hy Lạp, do lần đầu tiên, heli được phát hiện trong quang phổ của Mặt trời. Nhà thiên văn học người Pháp Pierre Jules Jansen và đồng nghiệp người Anh Joseph Norman Lockier đã phát hiện chất khí này vào năm 1868.

Trong một lần nhật thực, khi nghiên cứu ánh sáng phát ra từ quang phổ Mặt trời bằng phương pháp phân quang (ánh sáng phát ra được chia tách qua một lăng kính thủy tinh thành nhiều dòng có màu sắc khác nhau), họ phát hiện ra một dòng có màu vàng rực rỡ, trước đó chưa từng được thấy trong các thí nghiệm phân quang học, và không thể quy được cho bất kỳ nguyên tố nào đã được biết đến. Vì thế họ gọi nguyên tố này là heli.

Chỉ đứng sau hydro về khối lượng

Trong vũ trụ, heli là nguyên tố phổ biến thứ hai sau hydro. Nhưng trên hành tinh chúng ta, chất này tương đối hiếm và lần đầu tiên được phân lập trên Trái đất vào năm 1895, do nhà hóa học người Scotland William Ramsay chiết xuất từ khoáng phóng xạ cleveite.

Heli chủ yếu được chiết xuất từ ​​khí tự nhiên. Ở Nga, heli được sản xuất nhiều tại nhà máy Heli Orenburg thuộc công ty Gazprom Orenburg. Các mỏ dầu và khí ngưng tụ ở khu vực Orenburg khá giàu heli, hàm lượng của chất này trong khí tự nhiên là 0,55% (hàm lượng từ 0,1 - 0,5% được coi là bình thường, dưới 0,1% là thấp).

Trữ lượng và khả năng khai thác

Trữ lượng heli trên thế giới được ước tính khoảng 410 tỷ m3, tập trung chủ yếu ở Qatar, Algeria, Mỹ và Nga. Thế giới sản xuất khoảng 175 triệu m3 heli mỗi năm. Nhà sản xuất heli lớn nhất là Mỹ. Nhưng hiện nay Nga đang thực hiện dự án nhà máy xử lý khí Amur ở vùng Đông Siberia, với công suất sản xuất heli lên đến 180 triệu m3/năm (nhiều hơn cả tổng sản lượng toàn cầu hiện tại), vì gần đây, tại vùng Đông Siberia và Viễn Đông đã phát hiện nhiều kho dự trữ lớn của chất này trong các mỏ dầu khí lớn với hàm lượng heli rất cao, từ 0,2 - 0,8%. Nhưng ở giai đoạn đầu (2021 – 2015), năng lực sản xuất của nhà máy chỉ hạn chế ở mức 60 triệu m3/năm.

Chiết xuất heli từ khí phải qua hai giai đoạn. Đầu tiên, trong quá trình ngưng tụ khí ở nhiệt độ thấp, sẽ thu được sản phẩm chứa heli đậm đặc, với hàm lượng hữu ích không dưới 80%. Sau đó, sản phẩm này được tinh chế để loại bỏ các tạp chất như metan, nitơ, hydro, neon, argon và thu được heli tinh khiết.

Chất khí đa năng

Heli là một sản phẩm độc đáo. Nó có điểm sôi thấp (-268,94 độ С), độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện cao. Do những đặc tính đó, heli được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau - hàng không, kỹ thuật tên lửa vũ trụ, điện tử, công nghiệp hạt nhân, y học…

Heli được sử dụng trong hỗn hợp hô hấp dùng cho thợ lặn biển sâu và cho không gian sinh hoạt trên tàu vũ trụ có người lái, cũng như để điều trị hen suyễn, bơm khinh khí cầu và bong bóng bay (vì nó nhẹ hơn nhiều so với không khí). Heli không độc, vì vậy nếu hít phải một lượng nhỏ chất này cùng với không khí thì cũng hoàn toàn vô hại.

Với các đặc tính độc đáo, chất này cũng được ứng dụng rộng rãi trong ngành luyện kim - để tạo ra một môi trường bảo vệ khi hàn kim loại, hay trong lĩnh vực điện hạt nhân - sử dụng như chất làm nguội trong lò phản ứng hạt nhân.

Heli ngày càng trở nên khan hiếm

Các chuyên gia dự đoán rằng lượng tiêu thụ heli trên thế giới sẽ tăng lên. Ước tính, vào năm 2030, mức tiêu thụ chất này có thể lên đến 238 - 312 triệu m3, trong khi mức sản xuất lúc đó sẽ chỉ đạt 213 - 238 triệu m3, do đó thế giới sẽ thiếu hụt heli. Để bù đắp thâm hụt, đòi hỏi phải có sự gia tăng đáng kể trong sản xuất.

Với dự án nhà máy xử lý khí Amur khổng lồ (dự kiến hoàn thành vào năm 2021), Nga có cơ hội trở thành nhà sản xuất heli lớn nhất thế giới và cung cấp chất này cho thị trường toàn cầu.

Bá Thủy

RT