كيفية تأسيس معمل هيليوم، هو واحد وفي حالته الطبيعية هو غاز عديم اللون معروف بكثافته المنخفضة وتفاعله الكيميائي المنخفض، ويعرف كبديل غير قابل للاشتعال للهيدروجين لتوفير الرفع في المناطيد والبالونات، ولأنه خامل كيميائياً. يمكن استخدامه كدرع غازي عن طريق اللحام بالقوس الميكانيكي وجو غير تفاعلي لزراعة بلورات السيليكون يستخدم الجرمانيوم لصنع أجهزة أشباه الموصلات، وغالبًا ما يستخدم الهيليوم السائل لتوفير درجات حرارة منخفضة للغاية وهو مطلوب في بعض التطبيقات الطبية والعلمية مثل أبحاث الموصلية الفائقة.
كيفية تأسيس معمل هيليوم
لم يكن حتى عام 1868 أن لاحظ عالما الفلك الفرنسيان بيير يانسن وجوزيف لوكير شريطًا من الضوء الأصفر لا يمكن التعرف عليه من قبل أي عنصر معروف أثناء دراسة الكسوف، ويعود الفضل إلى الاثنين في هذا الاكتشاف. ثم قام السويديون باكتشاف مماثل في نفس الوقت، وكان ذلك في عام 1905، وهي المرة الأولى التي تم فيها التعرف على الهيليوم على الأرض، وما إلى ذلك حتى أوائل القرن العشرين عندما اعتمد تطوير البالونات والموجهات الأخف من الهواء تقريبًا. كليًا على الهيدروجين لتوفير الرفع، على الرغم من أنه قابل للاشتعال بدرجة كبيرة، ثم تم اكتشاف أن الهيليوم غير القابل للاشتعال يتفوق على الهيدروجين، ثم أصبح الهيليوم يستخدم في عدة مجالات، مثل نفخ الإطارات للطائرات بعيدة المدى، وذلك بفضل لوزنها الخفيف والبالون، وربما لأغراض عسكرية أخرى.
تعريف المواد الأولية
تحت الأرض، يتم إنتاجه من التحلل الإشعاعي للعناصر الثقيلة مثل اليورانيوم والثوريوم، ويتكون جزء من الإشعاع المنبعث من جسيمات ألفا، وهي نوى ذرات الهيليوم، بعد أن يهرب جزء منه إلى الفضاء، يصبح الباقي محاصرًا تحت طبقات الطبيعة غير المنفذة التي تتشكل هناك، رذاذ أحادي إيثانول أمين.
المعدات والأجهزة المستخدمة لإنتاج الهيليوم:
- جهاز التنظيف.
- منخل جزيئي.
- أسطح طبقة من الكربون النشط.
- أعمدة البيع بالتجزئة.
- مبادل حراري ذو زعنفة.
- صمامات التمدد.
- عمود تجزئة الضغط العالي.
- مبرد فرعي خام.
- جهاز التدفئة.
- عامل حفاز؛
- وحدة امتصاص الضغط المتأرجح.
- اسطوانات من الصلب.
بين خطوات عملية التصنيع
سنقوم الآن بوصف تسلسل نموذجي لعمليات استخراج الهيليوم ومعالجته:
يعالج:
_ يجب إزالة جميع الشوائب التي قد تصلب، مثل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وبعض الهيدروكربونات الثقيلة من الغاز الطبيعي، وذلك لمنعها من الاتصال بأنابيب التبريد.
_ يتم ضغط الغاز الطبيعي وتدفقه إلى جهاز التنظيف بحيث يتعرض لضباب أحادي الأمين يمتص ويطرد ثاني أكسيد الكربون.
_ يمر تيار الغاز عبر منخل جزيئي يزيل جزيئات الغاز الأصغر ثم يتم شطف الماء من المنخل وإزالته.
_ يتم تجميع أي هيدروكربونات ثقيلة في تيار الغاز على أسطح طبقة من الكربون النشط حيث يمر الغاز خلالها ويعاد شحن الكربون المنشط دوريًا.
الفصل:
_ يتم الآن فصل الغاز الطبيعي عن مكوناته الرئيسية عن طريق عملية التقطير التجزيئي، من خلال هياكل عمودية تسمى أعمدة التجزئة.
_ يبدأ الآن فصل النيتروجين والميثان على مرحلتين، تاركًا خليطًا من الغازات يحتوي على نسبة عالية من الهيليوم، وفي كل مرحلة يزداد مستوى تركيز كل مكون حتى اكتمال عملية الفصل.
_ يمر تيار الغاز هنا عبر أحد جانبي المبادل الحراري ذو الزعانف الصفائح بينما يمر الميثان والنيتروجين شديد البرودة من القسم المبرد على الجانب الآخر بحيث يتم تبريد الغاز الوارد بالتزامن مع عملية تسخين الميثان والنيتروجين.
يمر تيار الغاز عبر صمام التمدد، والذي يسمح للغاز بالتمدد بسرعة بينما ينخفض الضغط، مما يتسبب في تبريد تيار الغاز إلى النقطة التي يبدأ فيها الميثان في التسييل.
_ يتحول تيار الغاز إلى جزء سائل وجزء غازي ثم يدخل من خلال قاعدة عمود التجزئة عالي الضغط، وعندما يشق الغاز طريقه عبر الحواجز الداخلية في العمود، يفقد حرارة إضافية، ويستمر الميثان لتسييل لتشكيل خليط في قاع العمود.
_ يتم سحب خليط الميثان السائل المسمى الميثان الخام وتبريده في المبرد الفرعي الخام، ثم يمر عبر صمام التمدد الثاني ويشق الميثان السائل طريقه إلى أسفل العمود بحيث يتم فصل معظم النيتروجين المتبقي، تاركًا سائلًا من ما لا يزيد عن أربعة في المائة من النيتروجين والميثان المتوازن.
_ يتم ضخ النيتروجين الغازي من أعلى عمود الضغط المنخفض ويتم تنفيسه أو التقاطه لمزيد من المعالجة.
طهارة:
_ يجب تنقية الهيليوم الخام أكثر لإزالة معظم المواد الأخرى، والآن يتم تبريد الهيليوم الخام حتى يتكثف معظم النيتروجين والميثان ويتم تصريفه.
_ يضاف الهواء إلى خليط الغازات لتوفير الأكسجين بحيث يكون
يؤدي تسخين الغاز في جهاز التسخين المسبق ثم تمريره على محفز إلى تفاعل معظم الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين بخار الماء.
يتم تبريد الغاز ويتكثف بخار الماء ويتم تفريغه.
_ يدخل خليط الغازات إلى وحدة امتصاص الضغط المتأرجح، ثم يتم حجز بعض الغازات داخل مسام الجسيمات، ثم ينخفض الضغط وينعكس تدفق الغاز لتطهير الغازات المحاصرة.
_ تتكرر هذه الدورة حتى يتم إزالة معظم البخار المتبقي حتى يصبح الهيليوم نقيًا تمامًا.
توزيع:
يتم توزيع الهيليوم إما على شكل غاز أو سائل عند درجات حرارة منخفضة للغاية، ويتم توزيعه في أسطوانات مصنوعة من الفولاذ.
عدد المواصفات العامة للمختبر ومراقبة معايير الجودة:
☆ يتم تحديد معايير تصنيف الهيليوم بناءً على كمية ونوع الشوائب الموجودة، والتي تكون عند درجات ((M. NP G)).
من الضروري بالتأكيد وجود عدد كبير من الكيميائيين والمتخصصين في هذا المجال، بالإضافة إلى كادر تعقيم مع العمال.
☆ نحتاج إلى تخصيص مساحة كافية لبناء المعمل لا تقل عن 600 متر مربع تقريبًا.
من الضروري أن يكون لديك رأس مال كافٍ لتغطية كل من المواد الخام والمعدات والتراخيص وما إلى ذلك، ولا يقل عن حوالي 46 مليون دولار.