Produkcja helu w Stanach Zjednoczonych

Mapa przedstawiająca pola gazu bogatego w hel i zakłady przetwarzania helu w Stanach Zjednoczonych, 2012. Z USGS.

Produkcja helu w Stanach Zjednoczonych wyniosła w 2014 roku 73 miliony metrów sześciennych. Stany Zjednoczone były największym na świecie producentem helu , dostarczając 40 procent światowej podaży. Ponadto rząd federalny USA sprzedał 30 mln metrów sześciennych z magazynu. Innymi głównymi producentami helu były Algieria i Katar.

Cały komercyjny hel jest odzyskiwany z gazu ziemnego . Hel zwykle stanowi niewielką część gazu ziemnego, ale na niektórych polach może stanowić nawet 10 procent gazu ziemnego. Zawartość helu wynosząca 0,3 procent lub więcej jest uważana za niezbędną do komercyjnej ekstrakcji helu. W 2012 roku hel odzyskano w 16 zakładach wydobywczych z odwiertów gazowych w Kolorado, Kansas, Oklahomie, Teksasie i Wyoming. Jeden zakład wydobywczy w Utah był bezczynny w 2012 roku.

Historia

Produkcja i magazynowanie helu w Stanach Zjednoczonych w latach 1940-2014 (dane z USGS)

W 1903 roku odwiert naftowy w Dexter w stanie Kansas wydobył gaz, który nie chciał się spalić. Geolog stanu Kansas, Erasmus Haworth, pobrał próbki gazu z powrotem na University of Kansas w Lawrence, gdzie chemicy Hamilton Cady i David McFarland odkryli, że gaz zawiera 1,84 procent helu. Doprowadziło to do dalszych odkryć gazu ziemnego zawierającego hel w Kansas.

sterowców interesowało się wojsko . Armia amerykańska zbudowała pierwszą fabrykę wydobycia helu w 1915 roku w Petrolia w Teksasie, gdzie duże złoże gazu ziemnego zawierało średnio prawie 1 procent helu. Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych założyła trzy eksperymentalne fabryki helu podczas I wojny światowej, aby odzyskać wystarczającą ilość helu do zaopatrzenia balonów zaporowych w niepalny, lżejszy od powietrza gaz. Dwa eksperymentalne zakłady znajdowały się na północ od Fort Worth w Teksasie i odzyskiwały hel z gazu ziemnego doprowadzanego rurami z pola naftowego Petrolia w hrabstwie Clay w Teksasie.

Ustawa o dzierżawie minerałów z 1920 r. , która przewidywała dzierżawę ropy i gazu na terenach federalnych, zastrzegła rządowi cały hel zawarty w gazie ziemnym na terenach federalnych.

Podczas II wojny światowej popyt wojskowy na hel wzrósł, więc rząd federalny zbudował szereg nowych zakładów ekstrakcji helu. Jedna z takich instalacji znajdowała się w Shiprock w Nowym Meksyku, gdzie odzyskiwano hel z gazu na polu Rattlesnake. Gaz z pola Rattlesnake, podobnie jak z wielu innych pól w rejonie Four Corners, zawierał głównie azot i bardzo mało węglowodorów i był produkowany wyłącznie dla helu.

Poprawki do Ustaw o helu z 1960 r. (Prawo publiczne 86–777) upoważniły US Bureau of Mines do zorganizowania pięciu prywatnych zakładów do odzyskiwania helu z gazu ziemnego. Biuro zbudowało również rurociąg o długości 425 mil (684 km) z Bushton w stanie Kansas , aby połączyć te elektrownie z częściowo wyczerpanym rządowym polem gazowym Cliffside, niedaleko Amarillo w Teksasie. Surowy hel (50 do 80 procent helu) wstrzykiwano i przechowywano na polu gazowym Cliffside do czasu, gdy był potrzebny, po czym był dalej oczyszczany.

Do 1995 roku zmagazynowano miliard metrów sześciennych gazu, ale rezerwa wynosiła 1,4 miliarda dolarów długu, co skłoniło Kongres Stanów Zjednoczonych w 1996 roku do wycofania rezerwy. Wynikająca z tego „Ustawa o prywatyzacji helu z 1996 r.” (Prawo publiczne 104–273) nakazała Departamentowi Spraw Wewnętrznych Stanów Zjednoczonych opróżnienie rezerwy. Sprzedaż rządowi i wykonawcom rządowym rozpoczęła się w 1998 r. Sprzedaż na wolny rynek rozpoczęła się w 2003 r. Program sprzedaży spłacił zadłużenie i nadal sprzedaje hel.

Geologia

Cała komercyjna produkcja helu pochodzi z gazu ziemnego . Istnieją dwa podstawowe typy komercyjnych złóż helu: gaz ziemny wydobywany głównie ze względu na zawartość węglowodorów, zwykle zawierający mniej niż 3 procent helu; oraz gaz z niewielką ilością lub bez węglowodorów, wytwarzany wyłącznie dla helu, który zazwyczaj stanowi od 5 do 10 procent gazu. Chociaż gaz ziemny, w którym hel jest tylko produktem ubocznym, zawiera znacznie niższy procent helu, historycznie dostarczał najwięcej helu.

Większość geologów uważa, że ​​większość helu w gazie ziemnym pochodzi z radioaktywnego rozpadu uranu i toru, albo z radioaktywnych czarnych łupków, albo z granitoidów. Granit i pokrewne skały zawierają zwykle więcej uranu i toru niż inne rodzaje skał. Jednak niektórzy [ kto? ] uważają, że hel jest w dużej mierze pierwotny.

Niezwykłe warunki geologiczne są uważane za konieczne dla komercyjnego stężenia helu w gazie ziemnym. Nagromadzenia helu są zwykle w zamknięciach strukturalnych leżących nad wzniesieniami podłoża skalnego. Uskoki, pęknięcia i intruzje magmowe są uważane przez niektórych geologów za ważne ścieżki migracji helu w górę do sekcji osadowej. Promień atomowy helu jest tak mały, że łupek, który skutecznie zatrzymuje metan, pozwala helu migrować w górę przez pory łupka. Nieporowaty nadkład, taki jak halit (sól kamienna) lub anhydryt, jest bardziej skuteczny w zatrzymywaniu helu. Złoża helu występują głównie w skałach paleozoicznych.

Dużej zawartości helu w gazie ziemnym towarzyszy wysoka zawartość azotu i dwutlenku węgla. Procent azotu jest zwykle 10 do 20 razy większy niż helu, więc gaz ziemny zawierający 5 procent lub więcej helu może zawierać niewiele metanu lub nie mieć go wcale. Na przykład reprezentatywna próbka z Pinta Dome w hrabstwie Apache w Arizonie zawiera 8,3 procent helu, 89,9 procent azotu, 1 procent dwutlenku węgla i tylko 0,1 procent metanu. W takich przypadkach gaz jest produkowany wyłącznie ze względu na zawartość helu.

Na początku XX wieku największą produkcję i największe znane rezerwy helu stanowiły gazy wytwarzane ze względu na zawartość węglowodorów. Najważniejszymi z nich były pola Hugoton, Panhandle, Greenwood i Keyes, wszystkie położone w zachodnim Kansas, oraz panhandle w Oklahomie i Teksasie. Hugoton i Panhandle są szczególnie duże i obejmują tysiące mil kwadratowych. Zawartość helu w gazie różni się znacznie w niektórych dziedzinach. Na polu Panhandle zawartość helu jest najwyższa, do 1,3% lub więcej, wzdłuż południowo-zachodniej krawędzi wzniesienia, a najniższa, 0,1% wzdłuż północno-wschodniej krawędzi.

Do 2003 roku pola gazu ziemnego na Wielkich Równinach Kolorado, Kansas, Oklahomy i Teksasu nadal zawierały ważne rezerwy, ale ze 100 BCF całkowitych zmierzonych rezerw helu w USA, 61 BCF znajdowało się na polu Riley Ridge w zachodnie Wyoming, złoże gazu produkowane ze względu na zawartość dwutlenku węgla.

Na obszarze Four Corners w południowo-zachodniej części Stanów Zjednoczonych znajduje się wiele pól gazowych zawierających od 5 do 10 procent helu i duże procenty azotu, z niewielką ilością węglowodorów lub bez nich. Pola są związane z intruzjami magmowymi. Jedno pole, Dineh-bi-Keyah w Arizonie, produkowało ropę z pękniętego progu. Inne pola nie mają powiązanej ropy.

Bogate w hel pola gazowe w Stanach Zjednoczonych

Państwo Pole Tworzenie Wiek Procent helu
Arizona Dineh-bi-Keyah Piaskowiec McKracken pensylwański, dewon 4,8 do 5,6
Arizona Kopuła Pinty Piaskowiec Coconino permski 5,6 do 9,8
Kolorado Modelowa kopuła Lyoński piaskowiec permski 6,7 do 8,3
Kansas Greenwood Topeka Limestone, Kansas City Group pensylwański 0,4 do 0,7
Kansas Otis-Albert Piaskowiec Reagana kambr 1,2 do 2,3
Kansas Ryersee Grupa pościgowa permski 1.4
Kansas, Oklahoma, Teksas Hugoton różny permski 0,3 do 1,9
Nowy Meksyk Grzbiet górski Formacja Hermosa pensylwański 1,4 do 8,0
Nowy Meksyk Grzechotnik Wapień Leadville, wapień Ouray Mississippian, dewon 7,5 do 8,0
Oklahoma Keyesa Piaskowiec Morrow (Keyes). pensylwański 0,3 do 2,7
Teksas Klif różny permski 1,7 do 1,8
Teksas Żebrać różny permski 0,1 do 2,2
Teksas Petrolia Piaskowiec Cisco pensylwański 0,65 do 1,14
Utah Kopuła Harleya Piaskowiec Entrada Jurajski 7
Wyoming Rileya Ridge'a Madison Limestone Missisipijska
Jeśli nie podano inaczej, źródłem jest:

Przetwarzanie

Jednostka wzbogacania surowego helu na polu gazowym Cliffside.

Hel jest sprzedawany w dwóch specyfikacjach: surowy hel, który zazwyczaj zawiera od 75 do 80 procent helu, oraz hel klasy A, którego czystość wynosi 99,995 procent.

Składowanie

Duża ilość helu była przechowywana pod ziemią na polu Cliffside w dekadzie następującej po nowelizacji ustawy o helu z 1960 r. W ostatnich latach [ kiedy? ] rezerwa systematycznie sprzedaje swój hel. Od 2012 r. Narodowa rezerwa helu Stanów Zjednoczonych nadal stanowiła 30 procent światowego helu. Oczekiwano, że w rezerwie zabraknie helu w 2018 roku.

Na dzień 1 października 2019 r. magazyn przedstawiał się następująco:

  • Rząd = 2 809 679 Mcf
  • Prywatny = 2 429 887 Mcf

Handel

Stany Zjednoczone są głównym eksporterem helu.

Przez wiele lat Stany Zjednoczone produkowały ponad 90% komercyjnego helu na świecie. W połowie lat 90. nowy zakład w Arzewie w Algierii zaczął produkować 17 milionów metrów sześciennych (600 milionów stóp sześciennych), co wystarczyło na zaspokojenie całego europejskiego zapotrzebowania. W latach 2004-2006 zbudowano dwie dodatkowe elektrownie, jedną w Ras Laffan w Katarze , a drugą w Skikda w Algierii, dzięki czemu Algieria stała się drugim wiodącym producentem helu.

W sierpniu 2014 r. Biuro Gospodarki Gruntami sprzedało surowy hel z rezerw narodowych na aukcji po średniej cenie 104 USD za tysiąc stóp sześciennych helu. W 2014 roku hel klasy A sprzedawany był za około 200 USD za tysiąc stóp sześciennych, czyli 7,21 USD za metr sześcienny.

  1. ^ Hel , Geology.Com.
  2. ^   McFarland, DF (1903). „Skład gazu ze studni w Dexter, Kan”. Transakcje Kansas Academy of Science . 19 : 60–62. doi : 10.2307/3624173 . JSTOR 3624173 .
  3. ^ „Odkrycie helu w gazie ziemnym na Uniwersytecie w Kansas” . Narodowe historyczne zabytki chemiczne . Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne . Źródło 2014-02-21 .
  4. Bibliografia    _ McFarland, DF (1906). „Hel w gazie ziemnym” . nauka . 24 (611): 344. Bibcode : 1906Sci....24..344D . doi : 10.1126/science.24.611.344 . PMID 17772798 . S2CID 27441003 .
  5. Bibliografia   _ McFarland, DF (1906). „Hel w gazie ziemnym z Kansas” . Transakcje Kansas Academy of Science . 20 : 80–81. doi : 10.2307/3624645 . JSTOR 3624645 .
  6. ^ Pole naftowe Petrolia , Stanowe Stowarzyszenie Historyczne Teksasu.
  7. ^ Adam Alsobrook, Lekceważenie ochrony , Komisja Historyczna Teksasu, 22 sierpnia 2013 r.
  8. ^ „30 US Code § 181 - Grunty podlegające rozporządzeniu; osoby uprawnione do świadczeń; wzajemne przywileje; prawa do helu zastrzeżone” . LII / Instytut Informacji Prawnej . Źródło 2021-05-20 .
  9. ^ „Hel w Nowym Meksyku”, New Mexico Geology , w.27 n.4.
  10. ^ „Wyprzedaż helu konserwującego” (PDF) . Rejestr Federalny . 70 (193): 58464. 2005-10-06 . Źródło 2008-07-20 .
  11. ^   Stwertka, Albert (1998). Przewodnik po elementach: wydanie poprawione . Nowy Jork; Oxford University Press, s. 24. ISBN 0-19-512708-0
  12. ^   Ustawa o prywatyzacji helu z 1996 r. Pub. L. 104–273 (tekst) (PDF)
  13. ^   Streszczenie wykonawcze . drzemka.edu. 2000. doi : 10.17226/9860 . ISBN 978-0-309-07038-6 . Źródło 2008-07-20 .
  14. ^ Daniel S. Turner, „Gaz ziemny w Black Mesa Basin, północno-wschodnia Arizona”, w Natural Gases of North America , v.2, American Association of Petroleum Geologists, Memoir 9, s. 1357-1370.
  15. ^ AP Pierce i inni, „Uran i hel na polu gazowym Panhandle w Teksasie i na obszarach przyległych”, US Geological Survey, Professional Paper 454-G, 1964.
  16. ^ BD Gage i DL Driskill, Helium Resources of the United States - 2003 , US Bureau of Land Management, uwaga techniczna 415, czerwiec 2004.
  17. ^ Steven L. Rauzi, „Arizona ma hel”, Arizona Geology , zima 2003, t. 33, nr 4.
  18. ^ Gaz o niskiej BTU w grupie Permian Chase na polu Ryersee w zachodnim Kansas , Kansas Geological Survey, Open-File Report 2003-57, listopad 2003
  19. ^ „Uruchamia fabrykę helu Harley Dome”, Oil & Gas Journal , 17 października 2013 r.
  20. ^ Dwight E. Ward i Arthur P. Pierce, „Hel”, w United States Mineral Resources , US Geological Survey, Professional Paper 820, 1973, s. 289.
  21. ^ ab @tdnewcomb (21.08.2012). „Występuje niedobór helu - i wpływa to nie tylko na czas balonów 21 sierpnia 2012 r.” . Newsfeed.time.com . Źródło 2013-09-16 .
  22. ^ „Federalne operacje helowe” . 1 października 2019 . Źródło 30 grudnia 2019 r .
  23. ^ „Statystyka użytkownika końcowego helu” (PDF) . Amerykańska Służba Geologiczna . Źródło 2008-07-20 .
  24. Bibliografia _ Goodwin, TW; Schillinger, J. (2003). „Wyzwania dla światowych dostaw helu w następnej dekadzie”. Postępy w inżynierii kriogenicznej . 49. A (710): 119–138. Bibcode : 2004AIPC..710..119S . doi : 10.1063/1.1774674 .
  25. ^ Kaplan, Karen H. (czerwiec 2007). „Niedobór helu utrudnia badania i przemysł” . Fizyka dzisiaj . Amerykański Instytut Fizyki . 60 (6): 31–32. Bibcode : 2007PhT....60f..31K . doi : 10.1063/1.2754594 .
  26. ^ Aukcja helu w roku budżetowym 2016 daje 28,54 miliona Zarchiwizowane 2015-09-06 w Wayback Machine , US Bureau of Land Management, 27 sierpnia 2015.
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Helium_production_in_the_United_States&oldid=1111514561 ”