हीलियम एक रासायनिक तत्व है जिसका प्रतीक He और परमाणु संख्या 2 है। यह एक दुर्लभ वायुमंडलीय गैस है, रंगहीन, स्वादहीन, गैर विषैले, गैर ज्वलनशील, पानी में केवल थोड़ा घुलनशील। वायुमंडल में हीलियम की सांद्रता 5.24 x 10-4 आयतन प्रतिशत है। इसका क्वथनांक और गलनांक किसी भी तत्व से सबसे कम है, और यह केवल गैस के रूप में मौजूद है, सिवाय अत्यधिक ठंडी परिस्थितियों के।

हीलियम को मुख्य रूप से गैसीय या तरल हीलियम के रूप में परिवहन किया जाता है और इसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों, अर्धचालकों, लेजर, प्रकाश बल्ब, अतिचालकता, उपकरण, अर्धचालकों और फाइबर ऑप्टिक्स, क्रायोजेनिक, एमआरआई और अनुसंधान एवं विकास प्रयोगशाला अनुसंधान में किया जाता है।

कम तापमान वाला ठंडा स्रोत

हीलियम का उपयोग क्रायोजेनिक शीतलन स्रोतों के लिए क्रायोजेनिक शीतलक के रूप में किया जाता है, जैसे कि चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (MRI), परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR) स्पेक्ट्रोस्कोपी, सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कण त्वरक, बड़े हैड्रॉन कोलाइडर, इंटरफेरोमीटर (SQUID), इलेक्ट्रॉन स्पिन अनुनाद (ESR) और सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय ऊर्जा भंडारण (SMES), MHD सुपरकंडक्टिंग जनरेटर, सुपरकंडक्टिंग सेंसर, पावर ट्रांसमिशन, मैग्लेव परिवहन, मास स्पेक्ट्रोमीटर, सुपरकंडक्टिंग चुंबक, मजबूत चुंबकीय क्षेत्र विभाजक, संलयन रिएक्टरों और अन्य क्रायोजेनिक अनुसंधान के लिए कुंडलाकार क्षेत्र सुपरकंडक्टिंग चुंबक। हीलियम क्रायोजेनिक सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों और चुंबकों को पूर्ण शून्य के करीब ठंडा करता है

हीलियम का उपयोग सुपर कूलेंट के रूप में किया जाता है क्योंकि हीलियम का गलनांक और क्वथनांक सबसे कम होता है, वायुमंडलीय दबाव और 0 K पर जमता नहीं है, और हीलियम रासायनिक रूप से निष्क्रिय है, जिससे अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करना लगभग असंभव हो जाता है। इसके अलावा, हीलियम 2.2 केल्विन से नीचे सुपरफ्लुइड बन जाता है। अब तक, किसी भी औद्योगिक अनुप्रयोग में अद्वितीय अल्ट्रा-मोबिलिटी का दोहन नहीं किया गया है। 17 केल्विन से कम तापमान पर, क्रायोजेनिक स्रोत में रेफ्रिजरेंट के रूप में हीलियम का कोई विकल्प नहीं है।

वैमानिकी और अंतरिक्षयानिकी

हीलियम का उपयोग गुब्बारों और हवाई जहाजों में भी किया जाता है। चूँकि हीलियम हवा से हल्का होता है, इसलिए हवाई जहाजों और गुब्बारों में हीलियम भरा जाता है। हीलियम का फ़ायदा यह है कि यह ज्वलनशील नहीं होता, हालाँकि हाइड्रोजन अधिक उत्प्लावक होता है और झिल्ली से बाहर निकलने की इसकी दर कम होती है। इसका दूसरा द्वितीयक उपयोग रॉकेट तकनीक में है, जहाँ हीलियम का उपयोग भंडारण टैंकों में ईंधन और ऑक्सीडाइज़र को विस्थापित करने और रॉकेट ईंधन बनाने के लिए हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को संघनित करने के लिए एक हानि माध्यम के रूप में किया जाता है। इसका उपयोग लॉन्च से पहले ग्राउंड सपोर्ट उपकरण से ईंधन और ऑक्सीडाइज़र को हटाने के लिए भी किया जा सकता है, और अंतरिक्ष यान में तरल हाइड्रोजन को पहले से ठंडा किया जा सकता है। अपोलो कार्यक्रम में इस्तेमाल किए गए सैटर्न वी रॉकेट में, लॉन्च करने के लिए लगभग 370,000 क्यूबिक मीटर (13 मिलियन क्यूबिक फीट) हीलियम की आवश्यकता थी।

पाइपलाइन रिसाव का पता लगाना और पता लगाने का विश्लेषण

हीलियम का एक और औद्योगिक उपयोग रिसाव का पता लगाना है। रिसाव का पता लगाने का उपयोग तरल पदार्थ और गैसों वाले सिस्टम में रिसाव का पता लगाने के लिए किया जाता है। चूँकि हीलियम हवा की तुलना में ठोस पदार्थों में तीन गुना तेज़ी से फैलता है, इसलिए इसका उपयोग उच्च-वैक्यूम उपकरणों (जैसे क्रायोजेनिक टैंक) और उच्च दबाव वाले जहाजों में रिसाव का पता लगाने के लिए ट्रेसर गैस के रूप में किया जाता है। वस्तु को एक कक्ष में रखा जाता है, जिसे फिर खाली करके हीलियम से भर दिया जाता है। 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3 / s) जितनी कम रिसाव दरों पर भी, रिसाव के माध्यम से निकलने वाले हीलियम का पता एक संवेदनशील उपकरण (हीलियम मास स्पेक्ट्रोमीटर) द्वारा लगाया जा सकता है। माप प्रक्रिया आमतौर पर स्वचालित होती है और इसे हीलियम एकीकरण परीक्षण कहा जाता है। एक और, सरल विधि यह है कि संबंधित वस्तु को हीलियम से भर दिया जाए और एक हैंडहेल्ड डिवाइस का उपयोग करके मैन्युअल रूप से रिसाव की खोज की जाए।

हीलियम का उपयोग रिसाव का पता लगाने के लिए किया जाता है क्योंकि यह सबसे छोटा अणु है और एकपरमाणुक अणु है, इसलिए हीलियम आसानी से लीक हो जाता है। लीक का पता लगाने के दौरान हीलियम गैस को वस्तु में भर दिया जाता है, और यदि कोई रिसाव होता है, तो हीलियम मास स्पेक्ट्रोमीटर रिसाव के स्थान का पता लगाने में सक्षम होगा। हीलियम का उपयोग रॉकेट, ईंधन टैंक, हीट एक्सचेंजर्स, गैस लाइनों, इलेक्ट्रॉनिक्स, टेलीविज़न ट्यूब और अन्य विनिर्माण घटकों में लीक का पता लगाने के लिए किया जा सकता है। हीलियम का उपयोग करके लीक का पता लगाने का उपयोग पहली बार मैनहट्टन परियोजना के दौरान यूरेनियम संवर्धन संयंत्रों में लीक का पता लगाने के लिए किया गया था। लीक का पता लगाने वाले हीलियम को हाइड्रोजन, नाइट्रोजन या हाइड्रोजन और नाइट्रोजन के मिश्रण से बदला जा सकता है।

वेल्डिंग और धातु कार्य

हीलियम गैस का उपयोग आर्क वेल्डिंग और प्लाज़्मा आर्क वेल्डिंग में सुरक्षात्मक गैस के रूप में किया जाता है क्योंकि इसकी आयनीकरण क्षमता अन्य परमाणुओं की तुलना में अधिक होती है। वेल्ड के चारों ओर हीलियम गैस पिघली हुई अवस्था में धातु को ऑक्सीकरण से बचाती है। हीलियम की उच्च आयनीकरण क्षमता निर्माण, जहाज निर्माण और एयरोस्पेस में उपयोग की जाने वाली असमान धातुओं जैसे टाइटेनियम, ज़िरकोनियम, मैग्नीशियम और एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की प्लाज्मा आर्क वेल्डिंग की अनुमति देती है। हालाँकि परिरक्षण गैस में हीलियम को आर्गन या हाइड्रोजन से बदला जा सकता है, लेकिन कुछ सामग्रियों (जैसे टाइटेनियम हीलियम) को प्लाज्मा आर्क वेल्डिंग के लिए प्रतिस्थापित नहीं किया जा सकता है। क्योंकि हीलियम एकमात्र ऐसी गैस है जो उच्च तापमान पर सुरक्षित है।

विकास के सबसे सक्रिय क्षेत्रों में से एक स्टेनलेस स्टील वेल्डिंग है। हीलियम एक निष्क्रिय गैस है, जिसका अर्थ है कि यह अन्य पदार्थों के संपर्क में आने पर किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया से नहीं गुजरती है। यह विशेषता वेल्डिंग सुरक्षा गैसों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

हीलियम गर्मी का भी अच्छा संचालन करता है। यही कारण है कि इसका उपयोग आमतौर पर वेल्ड में किया जाता है जहाँ वेल्ड की नमी को बेहतर बनाने के लिए उच्च ताप इनपुट की आवश्यकता होती है। हीलियम गति बढ़ाने के लिए भी उपयोगी है।

हीलियम को आमतौर पर सुरक्षात्मक गैस मिश्रण में आर्गन के साथ अलग-अलग मात्रा में मिलाया जाता है ताकि दोनों गैसों के अच्छे गुणों का पूरा लाभ उठाया जा सके। उदाहरण के लिए, हीलियम वेल्डिंग के दौरान प्रवेश के व्यापक और उथले तरीके प्रदान करने में मदद करने के लिए एक सुरक्षात्मक गैस के रूप में कार्य करता है। लेकिन हीलियम वह सफाई प्रदान नहीं करता है जो आर्गन करता है।

परिणामस्वरूप, धातु निर्माता अक्सर अपनी कार्य प्रक्रिया के भाग के रूप में आर्गन को हीलियम के साथ मिलाने पर विचार करते हैं। गैस परिरक्षित धातु आर्क वेल्डिंग के लिए, हीलियम/आर्गन मिश्रण में हीलियम गैस मिश्रण का 25% से 75% हिस्सा हो सकता है। सुरक्षात्मक गैस मिश्रण की संरचना को समायोजित करके, वेल्डर वेल्ड के ताप वितरण को प्रभावित कर सकता है, जो बदले में वेल्ड धातु के क्रॉस सेक्शन के आकार और वेल्डिंग की गति को प्रभावित करता है।

इलेक्ट्रॉनिक सेमीकंडक्टर उद्योग

एक निष्क्रिय गैस के रूप में, हीलियम इतना स्थिर है कि यह शायद ही किसी अन्य तत्व के साथ प्रतिक्रिया करता है। यह गुण इसे आर्क वेल्डिंग में ढाल के रूप में उपयोग करता है (हवा में ऑक्सीजन के संदूषण को रोकने के लिए)। हीलियम के अन्य महत्वपूर्ण अनुप्रयोग भी हैं, जैसे अर्धचालक और ऑप्टिकल फाइबर निर्माण। इसके अलावा, यह रक्तप्रवाह में नाइट्रोजन के बुलबुले के गठन को रोकने के लिए गहरी गोताखोरी में नाइट्रोजन की जगह ले सकता है, इस प्रकार गोताखोरी की बीमारी को रोकता है।

वैश्विक हीलियम बिक्री मात्रा (2016-2027)

वैश्विक हीलियम बाजार 2020 में 1825.37 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंच गया और 2027 में 5.65% (2021-2027) की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर (CAGR) के साथ 2742.04 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंचने की उम्मीद है। आने वाले वर्षों में उद्योग में बहुत अनिश्चितता है। इस पेपर में 2021-2027 के लिए पूर्वानुमान डेटा पिछले कुछ वर्षों के ऐतिहासिक विकास, उद्योग विशेषज्ञों की राय और इस पेपर में विश्लेषकों की राय पर आधारित हैं।

हीलियम उद्योग अत्यधिक संकेन्द्रित है, प्राकृतिक संसाधनों से प्राप्त होता है, तथा इसके वैश्विक निर्माता सीमित हैं, मुख्य रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका, रूस, कतर और अल्जीरिया में। दुनिया में, उपभोक्ता क्षेत्र संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन और यूरोप आदि में संकेन्द्रित है। संयुक्त राज्य अमेरिका का इस उद्योग में एक लंबा इतिहास और अडिग स्थिति है।

कई कंपनियों के पास कई कारखाने हैं, लेकिन वे आमतौर पर अपने लक्षित उपभोक्ता बाजारों के करीब नहीं होते हैं। इसलिए, उत्पाद की परिवहन लागत अधिक होती है।

पहले पाँच वर्षों से ही उत्पादन में बहुत धीमी वृद्धि हुई है। हीलियम एक गैर-नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत है, और उत्पादक देशों में इसके निरंतर उपयोग को सुनिश्चित करने के लिए नीतियाँ लागू हैं। कुछ लोगों का अनुमान है कि भविष्य में हीलियम खत्म हो जाएगा।

इस उद्योग में आयात और निर्यात का अनुपात बहुत ज़्यादा है। लगभग सभी देश हीलियम का इस्तेमाल करते हैं, लेकिन कुछ ही देशों के पास हीलियम के भंडार हैं।

हीलियम के उपयोग की एक विस्तृत श्रृंखला है और यह अधिक से अधिक क्षेत्रों में उपलब्ध होगी। प्राकृतिक संसाधनों की कमी को देखते हुए, भविष्य में हीलियम की मांग बढ़ने की संभावना है, जिसके लिए उचित विकल्पों की आवश्यकता होगी। हीलियम की कीमतें 2021 से 2026 तक $13.53/m3 (2020) से बढ़कर $19.09/m3 (2027) तक बढ़ने की उम्मीद है।

उद्योग अर्थशास्त्र और नीति से प्रभावित होता है। जैसे-जैसे वैश्विक अर्थव्यवस्था में सुधार हो रहा है, अधिक से अधिक लोग पर्यावरण मानकों में सुधार के बारे में चिंतित हैं, खासकर बड़ी आबादी और तेज़ आर्थिक विकास वाले अविकसित क्षेत्रों में, हीलियम की मांग बढ़ेगी।

वर्तमान में, प्रमुख वैश्विक निर्माताओं में रासगैस, लिंडे ग्रुप, एयर केमिकल, एक्सॉनमोबिल, एयर लिक्विड (डीजेड) और गज़प्रोम (आरयू) आदि शामिल हैं। 2020 में, शीर्ष 6 निर्माताओं की बिक्री हिस्सेदारी 74% से अधिक होगी। उम्मीद है कि अगले कुछ वर्षों में उद्योग में प्रतिस्पर्धा और अधिक तीव्र हो जाएगी।

एचएल क्रायोजेनिक उपकरण

तरल हीलियम संसाधनों की कमी और बढ़ती कीमत के कारण, इसके उपयोग और परिवहन प्रक्रिया में तरल हीलियम की हानि और पुनर्प्राप्ति को कम करना महत्वपूर्ण है।

एचएल क्रायोजेनिक उपकरण जिसकी स्थापना 1992 में हुई थी, एचएल क्रायोजेनिक उपकरण कंपनी क्रायोजेनिक उपकरण कं, लिमिटेड से संबद्ध एक ब्रांड है। एचएल क्रायोजेनिक उपकरण ग्राहकों की विभिन्न आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए उच्च वैक्यूम इंसुलेटेड क्रायोजेनिक पाइपिंग सिस्टम और संबंधित सहायक उपकरण के डिजाइन और निर्माण के लिए प्रतिबद्ध है। वैक्यूम इंसुलेटेड पाइप और लचीली नली का निर्माण उच्च वैक्यूम और बहु-परत बहु-स्क्रीन विशेष इन्सुलेटेड सामग्रियों में किया जाता है, और अत्यंत सख्त तकनीकी उपचार और उच्च वैक्यूम उपचार की एक श्रृंखला से गुजरता है, जिसका उपयोग तरल ऑक्सीजन, तरल नाइट्रोजन, तरल आर्गन, तरल हाइड्रोजन, तरल हीलियम, तरलीकृत एथिलीन गैस एलईजी और तरलीकृत प्राकृतिक गैस एलएनजी के हस्तांतरण के लिए किया जाता है।

एचएल क्रायोजेनिक उपकरण कंपनी में वैक्यूम जैकेटेड पाइप, वैक्यूम जैकेटेड नली, वैक्यूम जैकेटेड वाल्व और चरण विभाजक की उत्पाद श्रृंखला, जो अत्यंत सख्त तकनीकी उपचारों की एक श्रृंखला से गुज़री है, का उपयोग तरल ऑक्सीजन, तरल नाइट्रोजन, तरल आर्गन, तरल हाइड्रोजन, तरल हीलियम, एलईजी और एलएनजी के हस्तांतरण के लिए किया जाता है, और इन उत्पादों को वायु पृथक्करण, गैसों, विमानन, इलेक्ट्रॉनिक्स, सुपरकंडक्टर, चिप्स, स्वचालन असेंबली, खाद्य और पेय, फार्मेसी, अस्पताल, बायोबैंक, रबड़, नई सामग्री निर्माण रासायनिक इंजीनियरिंग, लौह और इस्पात, और वैज्ञानिक अनुसंधान आदि उद्योगों में क्रायोजेनिक उपकरणों (जैसे क्रायोजेनिक टैंक, डेवर्स और कोल्डबॉक्स आदि) के लिए सेवित किया जाता है।

एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कंपनी लिंडे, एयर लिक्विड, एयर प्रोडक्ट्स (एपी), प्रैक्सएयर, मेसर, बीओसी, इवाटानी और हांग्जो ऑक्सीजन प्लांट ग्रुप (हांगयांग) आदि की योग्य आपूर्तिकर्ता/विक्रेता बन गई है।