A hélium egy kémiai elem He szimbólummal és 2-es rendszámmal. Ritka légköri gáz, színtelen, íztelen, íztelen, nem mérgező, nem gyúlékony, vízben csak gyengén oldódik. A hélium koncentrációja a légkörben 5,24 x 10-4 térfogatszázalék. Az elemek közül a legalacsonyabb forrás- és olvadásponttal rendelkezik, és csak gáz formájában létezik, kivéve rendkívül hideg körülmények között.

A héliumot elsősorban gáz- vagy folyékony héliumként szállítják, és atomreaktorokban, félvezetőkben, lézerekben, izzókban, szupravezetésben, műszerekben, félvezetőkben és száloptikában, kriogén, MRI és K+F laboratóriumi kutatásokban használják.

Az alacsony hőmérsékletű hidegforrás

A héliumot kriogén hűtőfolyadékként használják kriogén hűtőforrásokhoz, például mágneses rezonancia képalkotáshoz (MRI), mágneses magrezonancia (NMR) spektroszkópiához, szupravezető kvantum részecskegyorsítóhoz, nagy hadronütköztetőhöz, interferométerhez (SQUID), elektronspin rezonancia (ESR) és szupravezető mágneses energiatároló (SMES), MHD szupravezető generátorok, szupravezető érzékelők, erőátvitel, maglev szállítás, tömegspektrométer, szupravezető mágnes, erős mágneses tér elválasztók, gyűrű alakú szupravezető mágnesek fúziós reaktorokhoz és egyéb kriogén kutatásokhoz. A hélium a kriogén szupravezető anyagokat és mágneseket az abszolút nulla közelébe hűti, ekkor a szupravezető ellenállása hirtelen nullára csökken. A szupravezető nagyon alacsony ellenállása erősebb mágneses teret hoz létre. A kórházakban használt MRI berendezések esetében az erősebb mágneses mezők több részletet produkálnak a röntgenfelvételeken.

A héliumot szuperhűtőként használják, mert a héliumnak a legalacsonyabb olvadáspontja és forráspontja, légköri nyomáson és 0 K-en nem szilárdul meg, a hélium pedig kémiailag semleges, így szinte lehetetlen reakcióba lépni más anyagokkal. Ráadásul a hélium 2,2 Kelvin alatt szuperfolyékony lesz. Eddig egyetlen ipari alkalmazásban sem használták ki az egyedülálló ultramobilitást. 17 Kelvin alatti hőmérsékleten a hélium nem helyettesíthető hűtőközegként a kriogén forrásban.

Repülés és űrhajózás

A héliumot léggömbökben és léghajókban is használják. Mivel a hélium könnyebb a levegőnél, a léghajók és léggömbök héliummal vannak megtöltve. A héliumnak megvan az az előnye, hogy nem gyúlékony, bár a hidrogén lendületesebb, és kisebb a membránból való távozási sebessége. Egy másik másodlagos felhasználási terület a rakétatechnológia, ahol a héliumot veszteségközegként használják üzemanyag és oxidálószer kiszorítására a tárolótartályokban, valamint hidrogén és oxigén kondenzálására rakéta-üzemanyag előállításához. Használható az üzemanyag és az oxidálószer eltávolítására is a földi támogató berendezésekből indulás előtt, és előhűtheti a folyékony hidrogént az űrhajóban. Az Apollo-programban használt Saturn V rakétában körülbelül 370 000 köbméter (13 millió köbláb) héliumra volt szükség az indításhoz.

Csővezeték-szivárgás-észlelés és észlelés-elemzés

A hélium másik ipari felhasználása a szivárgásérzékelés. A szivárgásérzékelés a folyadékokat és gázokat tartalmazó rendszerek szivárgásának észlelésére szolgál. Mivel a hélium háromszor gyorsabban diffundál át szilárd anyagokon, mint a levegő, nyomjelző gázként használják nagyvákuumú berendezések (például kriogén tartályok) és nagynyomású tartályok szivárgásának észlelésére. A tárgyat egy kamrába helyezik, amelyet evakuálnak és héliummal töltenek fel. Még 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s) szivárgási sebességnél is kimutatható a szivárgáson keresztül kilépő hélium egy érzékeny eszközzel (hélium tömegspektrométer). A mérési eljárás általában automatizált, és hélium integrációs tesztnek nevezik. Egy másik, egyszerűbb módszer az, hogy a kérdéses objektumot héliummal töltjük fel, és kézi kézi eszközzel keressük a szivárgást.

A héliumot szivárgásérzékelésre használják, mivel ez a legkisebb molekula és egyatomos molekula, így a hélium könnyen szivárog. A szivárgásészlelés során héliumgázt töltenek a tárgyba, és ha szivárgás történik, a hélium tömegspektrométer képes lesz a szivárgás helyének kimutatására. A hélium felhasználható rakéták, üzemanyagtartályok, hőcserélők, gázvezetékek, elektronika, TELEVÍZIÓ-csövek és egyéb gyártási alkatrészek szivárgásának észlelésére. A héliummal végzett szivárgásérzékelést először a manhattani projekt során alkalmazták az urándúsító üzemek szivárgásának észlelésére. A szivárgásérzékelő hélium helyettesíthető hidrogénnel, nitrogénnel vagy hidrogén és nitrogén keverékével.

Hegesztés és fémmegmunkálás

A héliumgázt védőgázként használják az ívhegesztésben és a plazmaívhegesztésben, mivel magasabb az ionizációs potenciális energiája, mint más atomoknak. A hegesztés körüli héliumgáz megakadályozza, hogy a fém olvadt állapotban oxidálódjon. A hélium nagy ionizációs potenciális energiája lehetővé teszi az építőiparban, a hajógyártásban és a repülőgépgyártásban használt különböző fémek, például titán, cirkónium, magnézium és alumíniumötvözetek plazmaívhegesztését. Bár a védőgázban lévő hélium helyettesíthető argonnal vagy hidrogénnel, bizonyos anyagok (például a titán hélium) nem helyettesíthetők plazmaívhegesztésnél. Mert a hélium az egyetlen gáz, amely biztonságos magas hőmérsékleten.

Az egyik legaktívabb fejlesztési terület a rozsdamentes acél hegesztése. A hélium inert gáz, ami azt jelenti, hogy más anyagokkal való érintkezéskor nem megy kémiai reakciókon. Ez a jellemző különösen fontos a hegesztési védőgázoknál.

A hélium is jól vezeti a hőt. Ez az oka annak, hogy általában olyan hegesztéseknél használják, ahol nagyobb hőbevitel szükséges a varrat nedvesíthetőségének javításához. A hélium gyorshajtásnál is hasznos.

A héliumot általában változó mennyiségben keverik argonnal a védőgázkeverékben, hogy mindkét gáz jó tulajdonságait teljes mértékben kihasználják. A hélium például védőgázként működik, és elősegíti a szélesebb és sekélyebb behatolási módokat a hegesztés során. De a hélium nem biztosítja azt a tisztítást, mint az argon.

Ennek eredményeként a fémgyártók gyakran úgy vélik, hogy az argont héliummal keverik munkafolyamataik részeként. Gázárnyékolt fém ívhegesztésnél a hélium a hélium/argon keverék gázkeverékének 25-75%-át teheti ki. A védőgázkeverék összetételének beállításával a hegesztő befolyásolhatja a varrat hőeloszlását, ami viszont befolyásolja a hegesztési fém keresztmetszetének alakját és a hegesztési sebességet.

Elektronikus félvezető ipar

Inert gázként a hélium annyira stabil, hogy alig lép reakcióba más elemekkel. Ez a tulajdonság lehetővé teszi, hogy ívhegesztésnél pajzsként használják (a levegő oxigénszennyeződésének megakadályozására). A héliumnak más kritikus alkalmazásai is vannak, mint például a félvezetők és az optikai szálak gyártása. Ezenkívül képes helyettesíteni a nitrogént a mélybúvárkodás során, hogy megakadályozza a nitrogénbuborékok képződését a véráramban, ezzel megelőzve a búvárbetegséget.

Globális hélium értékesítési volumen (2016-2027)

A globális héliumpiac 2020-ban elérte a 1825,37 millió dollárt, 2027-ben pedig várhatóan eléri a 2742,04 millió dollárt, 5,65%-os összetett éves növekedési rátával (CAGR) (2021-2027). Az iparágat nagy bizonytalanság jellemzi a következő években. A 2021-2027 közötti időszakra vonatkozó előrejelzési adatok ebben a cikkben az elmúlt évek történeti fejlődésén, az iparági szakértők és a jelen cikkben szereplő elemzői véleményeken alapulnak.

A héliumipar erősen koncentrált, természeti erőforrásokból származik, és korlátozott számú globális gyártóval rendelkezik, főként az Egyesült Államokban, Oroszországban, Katarban és Algériában. A világon a fogyasztói szektor az Egyesült Államokban, Kínában, Európában és így tovább koncentrálódik. Az Egyesült Államok hosszú múltra tekint vissza és megingathatatlan pozícióval rendelkezik az iparágban.

Sok cégnek több gyára is van, de ezek általában nincsenek közel a megcélzott fogyasztói piacokhoz. Ezért a terméknek magas a szállítási költsége.

Az első öt év óta a termelés nagyon lassan nőtt. A hélium nem megújuló energiaforrás, és a termelő országokban olyan politikák vannak érvényben, amelyek biztosítják annak folyamatos használatát. Egyesek azt jósolják, hogy a hélium a jövőben elfogy.

Az iparban magas az import és az export aránya. Szinte minden ország használ héliumot, de csak néhány ország rendelkezik héliumtartalékkal.

A hélium felhasználási lehetőségei széles körben elérhetők, és egyre több területen lesz elérhető. A természeti erőforrások szűkössége miatt a hélium iránti kereslet valószínűleg növekedni fog a jövőben, ami megfelelő alternatívákat igényel. A hélium ára várhatóan tovább emelkedik 2021 és 2026 között, 13,53 USD/m3-ről (2020) 19,09 USD/m3-re (2027).

Az ipart befolyásolja a gazdaság és a politika. Ahogy a világgazdaság fellendül, egyre többen aggódnak a környezetvédelmi normák javítása miatt, különösen a fejletlen, nagy népességű és gyors gazdasági növekedésű régiókban, a hélium iránti kereslet növekedni fog.

Jelenleg a világ legnagyobb gyártói közé tartozik a Rasgas, a Linde Group, az Air Chemical, az ExxonMobil, az Air Liquide (Dz) és a Gazprom (Ru), stb. 2020-ban a Top 6 gyártók eladási részesedése meghaladja a 74%-ot. Várhatóan a következő években kiéleződik a verseny az iparágban.

HL kriogén berendezés

A folyékony hélium erőforrások szűkössége és az áremelkedés miatt fontos a folyékony hélium veszteségének és visszanyerésének csökkentése a felhasználási és szállítási folyamat során.

Az 1992-ben alapított HL Cryogenic Equipment a HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd.-hez tartozó márka. A HL Cryogenic Equipment elkötelezett a nagyvákuumú szigetelt kriogén csőrendszer és a kapcsolódó támogató berendezések tervezése és gyártása mellett, hogy megfeleljen az ügyfelek különféle igényeinek. A vákuumszigetelt cső és a rugalmas tömlő nagyvákuumú és többrétegű, többrétegű, speciális szigetelt anyagokból készül, és rendkívül szigorú műszaki kezeléseken és nagyvákuum kezelésen megy keresztül, amelyet folyékony oxigén, folyékony nitrogén szállítására használnak. , folyékony argon, folyékony hidrogén, folyékony hélium, cseppfolyósított etilén gáz LEG és cseppfolyósított természetgáz LNG.

A HL Cryogenic Equipment Company vákuumköpennyel ellátott cső, vákuumköpenyes tömlő, vákuumköpenyes szelep és fázisleválasztó terméksorozat, amely egy sor rendkívül szigorú műszaki kezelésen ment keresztül, folyékony oxigén, folyékony nitrogén, folyékony argon, folyékony hidrogén, folyékony hélium, LEG és LNG, és ezeket a termékeket kriogén berendezésekhez (pl. kriogén tartályok, dewarok és coldboxok stb.) szolgálják ki a légleválasztás, a gázok, a repülés, az elektronika, a szupravezető, a chipek, az automatizálási összeszerelés, az élelmiszeripar és az élelmiszeripar területén. ital, gyógyszertár, kórház, biobank, gumi, új anyaggyártás vegyészmérnöki, vas- és acélgyártás, tudományos kutatás stb.

A HL Cryogenic Equipment Company a Linde, az Air Liquide, az Air Products (AP), a Praxair, a Messer, a BOC, az Iwatani és a Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) stb. minősített beszállítója/szállítója lett.