Производство гелия в США
Производство гелия в США в 2014 году составило 73 миллиона кубических метров. США были крупнейшим в мире производителем гелия , обеспечивая 40 процентов мировых поставок. Кроме того, федеральное правительство США продало из хранилищ 30 миллионов кубометров. Другими крупными производителями гелия были Алжир и Катар.
Весь коммерческий гелий извлекается из природного газа . Гелий обычно составляет незначительную часть природного газа, но на некоторых месторождениях может составлять до 10 процентов природного газа. Содержание гелия 0,3 процента и более считается необходимым для коммерческой добычи гелия. [ 1 ] В 2012 году гелий был извлечен на 16 добывающих заводах из газовых скважин в Колорадо, Канзасе, Оклахоме, Техасе и Вайоминге. В 2012 году один добывающий завод в штате Юта простаивал.
История
[ редактировать ]
В 1903 году нефтяная разведочная скважина в Декстере, штат Канзас , произвела газ, который не горит. Геолог штата Канзас Эразм Хаворт отвез образцы газа обратно в Канзасский университет в Лоуренсе, где химики Гамильтон Кэди и Дэвид Макфарланд обнаружили, что газ содержит 1,84 процента гелия. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Это привело к дальнейшим открытиям гелийсодержащего природного газа в Канзасе.
Военные интересовались гелием для воздушных шаров и дирижаблей . Армия США построила первый завод по извлечению гелия в 1915 году в Петролии, штат Техас, где на крупном месторождении природного газа в среднем содержалось почти 1 процент гелия. [ 6 ] Во время Первой мировой войны ВМС США построили три экспериментальных гелиевых завода, чтобы получить достаточно гелия для снабжения аэростатов заграждения негорючим газом, который легче воздуха. Две экспериментальные установки находились к северу от Форт-Уэрта, штат Техас, и извлекали гелий из природного газа, подаваемого по трубопроводу с нефтяного месторождения Петролия в округе Клэй, штат Техас. [ 7 ]
Закон о лизинге полезных ископаемых 1920 года , который предусматривал аренду нефти и газа на федеральных землях, зарезервировал за правительством весь гелий, содержащийся в природном газе на федеральных землях. [ 8 ] За этим последовал Закон о гелии 1925 года , который запретил экспорт гелия, «минерального ресурса, имеющего отношение к национальной обороне». [ 9 ] Однако после потери американского авианосца « Акрон» в 1933 году и военного корабля «Мейкон» в 1935 году военное использование гелия значительно сократилось. В 1936 году было достигнуто соглашение об аренде с корпорацией Goodyear-Zeppelin , поставляющее гелий для коммерческой авиации, а в 1937 году Конгресс внес поправки в Закон о гелии, разрешающие продажу гелия, произведенного сверх потребностей правительства США. [ 10 ] Однако крупнейшим потенциальным покупателем была нацистская Германия , которая хотела заменить водород, ответственный за в Гинденбурге катастрофу , негорючим гелием. Контракт на 18 миллионов кубических футов (510 000 м3). 3 ) гелия был одобрен, но министр внутренних дел Гарольд Икес заблокировал экспорт газа из-за его потенциального использования в военных целях. [ 11 ]
Во время Второй мировой войны военный спрос на гелий вырос, поэтому федеральное правительство построило ряд новых заводов по добыче гелия. Один из таких заводов находился в Шипроке, штат Нью-Мексико, и предназначался для извлечения гелия из газа на месторождении Гремучая Змея. Газ месторождения Гремучая Змея, как и газ ряда других месторождений в районе Четырех Углов, содержал в основном азот и очень мало углеводородов и добывался исключительно для гелия. [ 12 ]
Поправки к Закону о гелии 1960 года ( Pub. L. 86–777 ) уполномочили Горное бюро США организовать пять частных заводов по извлечению гелия из природного газа. Бюро также построило трубопровод длиной 425 миль (684 км) из Буштона, штат Канзас , чтобы соединить эти заводы с государственным частично истощенным газовым месторождением Клиффсайд, недалеко от Амарилло, штат Техас. Неочищенный гелий (от 50 до 80 процентов гелия) закачивался и хранился на газовом месторождении Клиффсайд до тех пор, пока он не понадобится, а затем подвергался дальнейшей очистке. [ 13 ]
К 1995 году хранился миллиард кубических метров газа, но долг по резервам составлял 1,4 миллиарда долларов США, что побудило Конгресс Соединенных Штатов в 1996 году поэтапно сократить резерв. [ 14 ] Получившийся в результате «Закон о приватизации гелия 1996 года» [ 15 ] (Публичный закон 104–273) предписал Министерству внутренних дел США опустошить резерв. [ 16 ] Продажи правительству и государственным подрядчикам начались в 1998 году. Продажи на открытом рынке начались в 2003 году. Программа продаж погасила задолженность, и гелий до сих пор продается.
Геология
[ редактировать ]Все коммерческое производство гелия происходит из природного газа . Существует два основных типа коммерческих месторождений гелия: природный газ, добываемый в основном из-за содержания углеводородов, обычно содержащего менее 3 процентов гелия; и газ с небольшим содержанием углеводородов или вообще без них, добываемый исключительно ради гелия, который обычно составляет от 5 до 10 процентов газа. Хотя природный газ, в котором гелий является лишь побочным продуктом, содержит гораздо меньший процент гелия, исторически он поставлял больше всего гелия.
Большинство геологов полагают, что большая часть гелия в природном газе образуется в результате радиоактивного распада урана и тория либо из радиоактивных черных сланцев, либо из гранитоидных пород фундамента. Гранит и родственные ему породы обычно содержат больше урана и тория, чем другие типы горных пород. Однако некоторые [ ВОЗ? ] считают, что гелий во многом первичен.
Необычные геологические условия считаются необходимыми для промышленных концентраций гелия в природном газе. Скопления гелия обычно находятся в структурных замыканиях, перекрывающих выступы коренных пород. Разломы, трещины и магматические интрузивные образования рассматриваются некоторыми геологами как важные пути миграции гелия вверх в осадочную толщу. Атомный радиус гелия настолько мал, что сланец, который эффективно улавливает метан, позволяет гелию мигрировать вверх через поры сланца. Непористый капрок, такой как галит (каменная соль) или ангидрит, более эффективно улавливает гелий. Месторождения гелия встречаются преимущественно в палеозойских породах.
Высокое содержание гелия в природном газе сопровождается высоким содержанием азота и углекислого газа. Процент азота обычно в 10–20 раз превышает процент гелия, поэтому природный газ с 5 и более процентами гелия может содержать мало метана или вообще не содержать его. Например, репрезентативная проба из купола Пинта в округе Апач, штат Аризона , содержит 8,3 процента гелия, 89,9 процента азота, 1 процент углекислого газа и только 0,1 процента метана. В таких случаях газ производится исключительно из-за содержания в нем гелия. [ 17 ]
В начале 20 века самая высокая добыча и крупнейшие известные запасы гелия находились в газах, добываемых из-за содержания в них углеводородов. Наиболее важными из них были месторождения Хьюготон, Панхандл, Гринвуд и Киз, расположенные в западном Канзасе, а также месторождения Панхандл в Оклахоме и Техасе. Месторождения Хьюготон и Панхандл особенно велики и занимают тысячи квадратных миль. Содержание гелия в газе сильно варьируется в пределах некоторых месторождений. В месторождении Панхандл содержание гелия самое высокое — до 1,3 процента и более — вдоль восходящего юго-западного края и самое низкое — 0,1 процента вдоль северо-восточного края. [ 18 ]
К 2003 году месторождения природного газа Великих равнин Колорадо, Канзаса, Оклахомы и Техаса все еще содержали важные запасы, но из 100 миллиардов кубических футов общих измеренных запасов гелия в США 61 миллиард кубических футов находился в месторождении Райли-Ридж в западный Вайоминг, газовое месторождение, добываемое из-за содержания углекислого газа. [ 19 ]
В районе Четырех Углов на юго-западе США есть ряд газовых месторождений, содержащих от 5 до 10 процентов гелия и большой процент азота, с небольшим количеством углеводородов или без них. Поля связаны с магматическими интрузиями. На одном месторождении, Дине-би-Кейя в Аризоне, нефть добывалась из трещиноватого порога. На остальных месторождениях попутная нефть отсутствует.
Газовые месторождения, богатые гелием, в США
| Состояние | Поле | Формирование | Возраст | Процент гелия |
|---|---|---|---|---|
| Аризона | Дине-би-Кея | Маккракен Песчаник | Пенсильвания, Девон | от 4,8 до 5,6 [ 20 ] |
| Аризона | Пинта Доум | Песчаник Коконино | Пермский | от 5,6 до 9,8 |
| Колорадо | Модель купола | Лионский песчаник | Пермский | от 6,7 до 8,3 |
| Канзас | Гринвуд | Топика Известняк, Группа Канзас-Сити | Пенсильванский | от 0,4 до 0,7 |
| Канзас | Отис-Альберт | Рейган Песчаник | кембрий | от 1,2 до 2,3 |
| Канзас | Риерзее | Чейз Групп | Пермский | 1.4 [ 21 ] |
| Канзас, Оклахома, Техас | Хьюготон | различный | Пермский | от 0,3 до 1,9 |
| Нью-Мексико | Хогбак | Формация Эрмоса | Пенсильванский | от 1,4 до 8,0 |
| Нью-Мексико | Гремучая змея | Известняк Ледвилл, Известняк Орей | Миссисипи, Девон | от 7,5 до 8,0 |
| Оклахома | Киз | Песчаник Морроу (Киз) | Пенсильванский | от 0,3 до 2,7 |
| Техас | Клиффсайд | различный | Пермский | от 1,7 до 1,8 |
| Техас | Попрошайка | различный | Пермский | от 0,1 до 2,2 |
| Техас | Петролия | Циско Песчаник | Пенсильванский | от 0,65 до 1,14 |
| Юта | Харли Доум | Вход из песчаника | юрский период | 7 [ 22 ] |
| Вайоминг | Райли Ридж | Мэдисон Известняк | Миссисипи | |
| Если не указано иное, источник: [ 23 ] | ||||
Обработка
[ редактировать ]
Гелий продается в двух спецификациях: сырой гелий, который обычно содержит от 75 до 80 процентов гелия, и гелий класса А, чистота которого составляет 99,995 процентов.
Хранилище
[ редактировать ]Большой объем гелия хранился под землей на месторождении Клиффсайд в течение десятилетия после внесения поправок в Закон о гелии 1960 года. В последние годы [ когда? ] заповедник систематически продавал свой гелий. По состоянию на 2012 год [update], Национальный запас гелия США по-прежнему составляет 30 процентов мировых запасов гелия. [ 24 ] Ожидалось, что в 2018 году в резерве закончится гелий. [ 24 ]
По состоянию на 1 октября 2023 г. [update], хранилище было указано как: [ 25 ]
- Правительство = 1 855 115 млн куб. футов
- Частный = 1 491 079 млн куб. футов
Торговля
[ редактировать ]Соединенные Штаты являются крупным экспортером гелия.
На протяжении многих лет США производили более 90% коммерческого гелия в мире. В середине 1990-х годов новый завод в Арзеве , Алжир, начал производить 17 миллионов кубических метров (600 миллионов кубических футов), что достаточно для удовлетворения всех потребностей Европы. [ 26 ] В 2004–2006 годах были построены два дополнительных завода: один в Рас-Лаффане , Катар , и другой в Скикде , Алжир, и Алжир стал вторым ведущим производителем гелия. [ 27 ] [ 28 ]
В августе 2014 года Бюро землеустройства выставило на аукцион сырой гелий из национального резерва по средней цене 104 доллара США за тысячу кубических футов содержания гелия. [ 29 ] В 2014 году гелий класса А продавался по цене около 200 долларов за тысячу кубических футов, или 7,21 доллара за кубический метр.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гелий , Geology.Com.
- ^ Макфарланд, Д.Ф. (1903). «Состав газа из скважины в Декстере, штат Канзас». Труды Канзасской академии наук . 19 :60–62. дои : 10.2307/3624173 . JSTOR 3624173 .
- ^ «Открытие гелия в природном газе в Канзасском университете» . Национальные исторические химические достопримечательности . Американское химическое общество . Проверено 21 февраля 2014 г.
- ^ Кэди, HP; Макфарланд, Д.Ф. (1906). «Гелий в природном газе» . Наука . 24 (611): 344. Бибкод : 1906Sci....24..344D . дои : 10.1126/science.24.611.344 . ПМИД 17772798 . S2CID 27441003 .
- ^ Кэди, HP; Макфарланд, Д.Ф. (1906). «Гелий в природном газе Канзаса». Труды Канзасской академии наук . 20 :80–81. дои : 10.2307/3624645 . JSTOR 3624645 .
- ^ Нефтяное месторождение Петролия , Историческая ассоциация штата Техас.
- ↑ Адам Олсбрук, Легкомысленное отношение к сохранению , Историческая комиссия Техаса, 22 августа 2013 г.
- ^ «30 Кодекса США § 181 — Земли, подлежащие отчуждению; лица, имеющие право на льготы; взаимные привилегии; права на гелий защищены» . ЛИИ/Институт правовой информации . Проверено 20 мая 2021 г.
- ^ 44 Stat. 1387
- ^ 50 Stat. 885
- ^ Сирс, Бо (2012). «История гелиевой промышленности». В Наттолле, Уильям Дж.; Кларк, Ричард Х.; Гловацкий, Бартек А. (ред.). Будущее гелия как природного ресурса . Лондон: Рутледж. стр. 29–31. ISBN 978-0-415-57697-0 .
- ^ «Гелий в Нью-Мексико», Геология Нью-Мексико , т.27, №4.
- ^ «Распродажа консервационного гелия» (PDF) . Федеральный реестр . 70 (193): 58464. 06.10.2005 . Проверено 20 июля 2008 г.
- ^ Ствертка, Альберт (1998). Руководство по элементам: переработанное издание . Нью-Йорк; Издательство Оксфордского университета, стр. 24. ISBN 0-19-512708-0
- ^ Закон о приватизации гелия 1996 г., паб. L. 104–273 (текст) (PDF)
- ^ Управляющее резюме . нап.еду. 2000. дои : 10.17226/9860 . ISBN 978-0-309-07038-6 . Проверено 20 июля 2008 г.
- ^ Дэниел С. Тернер, «Природный газ в бассейне Черной Мезы, северо-восточная Аризона», в журнале «Природные газы Северной Америки » , т. 2, Американская ассоциация геологов-нефтяников, Мемуары 9, стр. 1357-1370.
- ^ А. П. Пирс и другие, «Уран и гелий на газовом месторождении Панхандл, Техас и прилегающих территориях», Геологическая служба США, Professional Paper 454-G, 1964.
- ↑ Б.Д. Гейдж и Д.Л. Дрискилл, Ресурсы гелия в США – 2003 г. Архивировано 23 сентября 2015 г. в Wayback Machine , Бюро землеустройства США, Техническая нота 415, июнь 2004 г.
- ^ Стивен Л. Раузи, «В Аризоне есть гелий», Геология Аризоны , зима 2003 г., т.33, №4.
- ^ Газ с низким содержанием БТЕ в пермской группе Чейз на месторождении Риерси в Западном Канзасе , Геологическая служба Канзаса, отчет об открытом файле 2003–57, ноябрь 2003 г.
- ^ «Запуск гелиевого завода Harley Dome», Oil & Gas Journal , 17 октября 2013 г.
- ^ Дуайт Э. Уорд и Артур П. Пирс, «Гелий», в журнале «Минеральные ресурсы США » , Геологическая служба США, Professional Paper 820, 1973, стр.289.
- ^ Перейти обратно: а б @tdnewcomb (21 августа 2012 г.). «Нехватка гелия — и это влияет не только на время воздушных шаров, 21 августа 2012 года» . Newsfeed.time.com . Проверено 16 сентября 2013 г.
- ^ «Федеральное производство гелия» . 1 октября 2023 г. Проверено 5 июня 2024 г.
- ^ «Статистика конечных пользователей гелия» (PDF) . Геологическая служба США . Проверено 20 июля 2008 г.
- ^ Смит, Э.М.; Гудвин, ТВ; Шиллингер, Дж. (2003). «Проблемы мировых поставок гелия в следующем десятилетии». Достижения криогенной техники . 49. А (710): 119–138. Бибкод : 2004AIPC..710..119S . дои : 10.1063/1.1774674 .
- ^ Каплан, Карен Х. (июнь 2007 г.). «Нехватка гелия препятствует исследованиям и промышленности». Физика сегодня . 60 (6). Американский институт физики : 31–32. Бибкод : 2007ФТ....60ф..31К . дои : 10.1063/1.2754594 .
- ↑ Аукцион по гелию в 2016 финансовом году принес 28,54 миллиона долларов. Архивировано 6 сентября 2015 г. в Wayback Machine , Бюро землеустройства США, 27 августа 2015 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]