हीलियम: अद्वितीय गुणों और उपयोगों के साथ एक प्राकृतिक गैस

विषय

• हीलियम क्या है?
• हीलियम कहाँ से आता है?
• कुछ प्राकृतिक गैस में हीलियम क्यों है?
• हीलियम में प्राकृतिक गैस समृद्ध कहाँ है?
• हीलियम का उपयोग
• चुम्बकीय अनुनाद इमेजिंग
• उठाने वाली गैस
• शुद्ध गैस
• नियंत्रित वायुमंडल विनिर्माण
• रिसाव का पता लगाने
• श्वास मिश्रण
• वेल्डिंग गैस
• हीलियम: एक nonrenewable संसाधन
• हीलियम ग्लट्स और हीलियम शॉर्टेज

हीलियम ब्लींप: ज्यादातर लोगों ने हीलियम को मौसम के गुब्बारे, ब्लिम्प्स और पार्टी गुब्बारों के लिए लिफ्टिंग गैस के रूप में इस्तेमाल करने के बारे में सुना है। ये हीलियम के बहुत मामूली उपयोग हैं। उपयोग जो किसी अन्य की तुलना में अधिक हीलियम का उपभोग करता है वह चिकित्सा सुविधाओं में एमआरआई (चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग) मशीनों में मैग्नेट को ठंडा कर रहा है। डेरेक जेन्सेन द्वारा गुडइयर ब्लिंप फोटो।

हीलियम क्या है?

हीलियम एक रासायनिक तत्व और एक रंगहीन, गंधहीन, बेस्वाद, अक्रिय गैस है। इसमें किसी भी तत्व का सबसे छोटा परमाणु त्रिज्या और दूसरा सबसे कम परमाणु भार है। यह हवा से हल्का है।

ज्यादातर लोगों को पता है कि हीलियम का उपयोग ब्लीम्प्स और पार्टी के गुब्बारे में लिफ्टिंग गैस के रूप में किया जाता है, लेकिन वे दूसरे तरीके से नाम नहीं लेते हैं जिसमें इसका उपयोग किया जाता है। हीलियम का नंबर एक उपयोग चिकित्सा सुविधाओं में इस्तेमाल होने वाले चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) मशीनों के लिए एक शीतलन गैस के रूप में है। हीलियम के अन्य महत्वपूर्ण उपयोगों में शामिल हैं: वेल्डिंग के लिए एक सुरक्षात्मक गैस, नियंत्रित वातावरण निर्माण के लिए एक अक्रिय गैस, रिसाव का पता लगाने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली एक भगोड़ा गैस और दबाव वाले सांस मिश्रण के लिए एक कम-चिपचिपापन गैस।

हीलियम कहाँ से आता है?

पृथ्वी के वायुमंडल में बहुत कम हीलियम मौजूद है। यह इतना हल्का तत्व है कि पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण इसे पकड़ नहीं सकता है। जब पृथ्वी की सतह पर मौजूद होता है, तो अपरिष्कृत हीलियम तुरंत उठने लगता है जब तक कि वह ग्रह से बच नहीं जाता। यही कारण है कि पार्टी के गुब्बारे उठते हैं!

व्यावसायिक रूप से उत्पादित हीलियम जमीन से प्राप्त होता है। कुछ प्राकृतिक गैस क्षेत्रों में गैस के साथ पर्याप्त हीलियम मिला होता है जिसे किफायती लागत पर निकाला जा सकता है। संयुक्त राज्य अमेरिका के कुछ क्षेत्रों में मात्रा के अनुसार 7% हीलियम से अधिक है। इन क्षेत्रों में प्राकृतिक गैस के लिए ड्रिल करने वाली कंपनियां प्राकृतिक गैस का उत्पादन करती हैं, इसे संसाधित करती हैं और हीलियम को बायप्रोडक्ट के रूप में निकालती हैं।

हीलियम-असर प्राकृतिक गैस जमा: संयुक्त राज्य अमेरिका में हीलियम-असर प्राकृतिक गैस क्षेत्रों के लिए जमा मॉडल। हीलियम ग्रैनिटॉइड बेसमेंट चट्टानों में यूरेनियम और थोरियम के क्षय द्वारा निर्मित होता है। मुक्त किया गया हीलियम उद्दीप्त होता है और तहखाने के दोषों से जुड़ी सरंध्रता में सतह की ओर बढ़ता है। हीलियम तब झरझरा तलछटी आवरण के माध्यम से ऊपर की ओर बढ़ता है जब तक कि यह एनहाइड्राइट या नमक के बेड के नीचे प्राकृतिक गैस के साथ फंस गया हो। ये एकमात्र पार्श्व-स्थिर रॉक प्रकार हैं जो जाल और छोटे, बुलंद हीलियम परमाणुओं को फंसाने में सक्षम हैं। यह भूवैज्ञानिक स्थिति केवल दुनिया के कुछ स्थानों पर होती है और यही कारण है कि अमीर हीलियम का संचय दुर्लभ है।

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कुछ प्राकृतिक गैस में हीलियम क्यों है?

प्राकृतिक गैस से निकाले जाने वाले अधिकांश हीलियम को पृथ्वी के महाद्वीपीय क्रस्ट की ग्रैनिटॉइड चट्टानों में यूरेनियम और थोरियम के रेडियोधर्मी क्षय से बनाने के लिए माना जाता है। एक बहुत ही हल्की गैस के रूप में, यह उद्वेलित है और इसके बनते ही ऊपर की ओर बढ़ना चाहता है। सबसे अमीर हीलियम संचय पाए जाते हैं, जहां तीन स्थितियां मौजूद हैं: 1) यूरेनियम और थोरियम में ग्रैनिटॉइड तहखाने की चट्टानें समृद्ध हैं; 2) बेसमेंट चट्टानों को खंडित किया जाता है और हीलियम के लिए भागने के मार्ग प्रदान करने के लिए फॉल्ट किया जाता है; और, 3) तहखाने के दोष के ऊपर झरझरा तलछटी चट्टानें हैलाइट या एनहाइडाइट की अभेद्य सील द्वारा कैप की जाती हैं। जब ये तीनों स्थितियाँ पूरी हो जाती हैं, तो हीलियम झरझरा तलछटी चट्टान की परत में जम सकता है।

हीलियम में किसी भी तत्व का सबसे छोटा परमाणु त्रिज्या है, लगभग 0.2 नैनोमीटर। इसलिए, जब यह बनता है और ऊपर की ओर बढ़ना शुरू करता है, तो यह चट्टानों के भीतर बहुत कम छिद्र स्थानों के माध्यम से फिट हो सकता है। हैलाइट और एनहाइड्राइट एकमात्र अवसादी चट्टानें हैं जो हीलियम परमाणुओं के ऊर्ध्व प्रवास को रोक सकती हैं। शेल्स जिनके पास अपने छिद्र स्थान हैं, प्रचुर मात्रा में कार्बनिक पदार्थों (केरोजेन) के साथ प्लग किए जाते हैं, कभी-कभी कम प्रभावी अवरोधक के रूप में काम करते हैं।

हीलियम-असर प्राकृतिक गैस जमा: संयुक्त राज्य अमेरिका में हीलियम के महत्वपूर्ण स्रोतों के रूप में काम करने वाले प्राकृतिक गैस क्षेत्रों को दर्शाने वाला मानचित्र। इन क्षेत्रों से उत्पादित प्राकृतिक गैस में 0.3% से लेकर 7% हीलियम होता है। हीलियम को व्यावसायिक बिक्री के लिए गैस से हटा दिया जाता है। संयुक्त राज्य भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण से स्थान डेटा का उपयोग करके छवि।

हीलियम में प्राकृतिक गैस समृद्ध कहाँ है?

अधिकांश असंसाधित प्राकृतिक गैस में कम से कम हीलियम की ट्रेस मात्रा होती है। बहुत कम प्राकृतिक गैस क्षेत्रों में हीलियम रिकवरी प्रक्रिया को सही ठहराने के लिए पर्याप्त है। एक प्राकृतिक गैस स्रोत में कम से कम 0.3% हीलियम होना चाहिए, जो कि संभावित हीलियम स्रोत माना जाता है।

2010 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में हीलियम के लिए संसाधित सभी प्राकृतिक गैस कोलोराडो, कंसास, ओक्लाहोमा, टेक्सास, यूटा, और व्योमिंग में खेतों से आए थे जैसा कि मानचित्र के साथ दिखाया गया है। ओक्लाहोमा, कंसास और टेक्सास में ह्यूगटन फील्ड; कान्सास में पैनोमा फील्ड; ओक्लाहोमा में कीज़ फील्ड; टेक्सास में पैनहैंडल वेस्ट और क्लिफसाइड फील्ड्स और संयुक्त राज्य अमेरिका में हीलियम के अधिकांश उत्पादन के लिए व्योमिंग में रिले रिज फील्ड।

2010 के दौरान, संयुक्त राज्य अमेरिका ने 128 मिलियन क्यूबिक मीटर हीलियम का उत्पादन किया। उस राशि में से, 53 मिलियन क्यूबिक मीटर हीलियम को प्राकृतिक गैस से निकाला गया था, और 75 मिलियन क्यूबिक मीटर नेशनल हीलियम रिजर्व से निकाले गए थे। ज्ञात उत्पादन मात्रा वाले अन्य देश थे: अल्जीरिया (18 mcm), कतर (13 mcm), रूस (6 mcm), और पोलैंड (3 mcm)। कनाडा और चीन ने हीलियम की छोटी लेकिन अप्रमाणित मात्रा में उत्पादन किया।

एमआरआई मशीनों में हीलियम: हीलियम का नंबर एक प्रयोग एमआरआई (चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग) मशीनों में चुम्बकों को ठंडा करने के लिए किया जाता है, जिसका इस्तेमाल चिकित्सा सुविधाओं में बीमारी और चोट के निदान के लिए किया जाता है।

हीलियम के लिए एक नया प्रयोग: 2013 में पहली हीलियम-सील हार्ड ड्राइव का उत्पादन किया गया था। हीलियम ड्राइव को कम ऊर्जा का उपयोग करने, कम गर्मी का उत्पादन करने, कम शोर करने, कम जगह लेने, अधिक डेटा रखने और एक मानक हार्ड ड्राइव की तुलना में कम कंपन उत्पन्न करने में सक्षम बनाता है। और अधिक जानें.

हीलियम का उपयोग

हीलियम में कई गुण हैं जो इसे कुछ उपयोगों के लिए असाधारण रूप से अच्छी तरह से अनुकूल बनाते हैं। इन कुछ उपयोगों में, हीलियम उपयोग करने के लिए सबसे अच्छा संभव गैस है, और कुछ में हीलियम के लिए कोई पर्याप्त विकल्प नहीं है। हीलियम के कई उपयोगों के साथ-साथ गुण जो इसे उपयोग के लिए उपयुक्त बनाते हैं, नीचे वर्णित हैं।

चुम्बकीय अनुनाद इमेजिंग

हीलियम का नंबर एक उपयोग चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग मशीनों में होता है जो चोटों का आकलन करने और बीमारी का निदान करने के लिए चिकित्सा सुविधाओं में उपयोग किया जाता है। ये मशीनें एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करती हैं जो एक सुपरकंडक्टिंग चुंबक द्वारा निर्मित होती हैं। ये चुम्बक बड़ी मात्रा में ऊष्मा उत्पन्न करते हैं। तरल हीलियम इन चुम्बकों के तापमान को नियंत्रित करने के लिए पसंद का ठंडा पदार्थ है। क्योंकि हीलियम में किसी भी गैस की दूसरी सबसे कम विशिष्ट ऊष्मा होती है और किसी भी तत्व का सबसे कम उबलने / पिघलने का बिंदु होता है, इस अति महत्वपूर्ण उपयोग में हीलियम का कोई स्थानापन्न विकल्प नहीं है।

उठाने वाली गैस

हीलियम में किसी भी तत्व का दूसरा सबसे कम परमाणु भार है। केवल हाइड्रोजन का परमाणु भार कम होता है। हल्के से हवा वाली गैस के रूप में, हीलियम का उपयोग एयरशिप और गुब्बारों के लिए "लिफ्टिंग गैस" के रूप में किया जाता है। ब्लिम्प्स, डरिगिबल्स, ज़ेपेलिन्स, विमान-रोधी गुब्बारे, मौसम के गुब्बारे और अन्य हल्के-से-हवा वाले शिल्प सभी ने हीलियम को एक गैस के रूप में इस्तेमाल किया है। यह हाइड्रोजन की तुलना में अधिक सुरक्षित है क्योंकि यह ज्वलनशील नहीं है। द्वितीय विश्व युद्ध के अंत तक हीलियम के उपयोग की यह सबसे महत्वपूर्ण श्रेणी थी। हीलियम की बहुत कम मात्रा अब लिफ्टिंग गैस के रूप में उपयोग की जाती है।

शुद्ध गैस: हीलियम का उपयोग नासा और रक्षा विभाग द्वारा रॉकेट इंजनों के ईंधन टैंक और ईंधन वितरण प्रणालियों से तरल ऑक्सीजन और तरल हाइड्रोजन को शुद्ध करने के लिए किया जाता है। हीलियम एक निष्क्रिय है और इसमें एक ठंड तापमान होता है जो इतना कम होता है कि यह शुद्धिकरण प्रक्रिया के माध्यम से गैस बन जाता है। इन प्रणालियों में हीलियम का प्रवाह आग बुझाने के लिए आपात स्थिति के दौरान भी किया गया है। नासा द्वारा छवि।

हीलियम श्वास मिश्रण: हीलियम का उपयोग गहरे पानी में गोता लगाने के लिए श्वास गैस मिश्रण तैयार करने के लिए किया जाता है। हीलियम अक्रिय है और दबाव में कम चिपचिपापन है जो आसान साँस लेने की अनुमति देता है। NOAA द्वारा छवि।

शुद्ध गैस

हीलियम में किसी भी गैस का सबसे कम पिघलने और क्वथनांक होता है। यह पिघल जाता है और पूर्ण शून्य के करीब तापमान पर उबलता है। क्योंकि यह बहुत कम तापमान पर एक गैस रहता है, इसका उपयोग ईंधन टैंक और ईंधन वितरण प्रणाली के लिए एक शुद्ध गैस के रूप में किया जा सकता है जो तरल हाइड्रोजन और तरल ऑक्सीजन जैसे बहुत ठंडे तरल पदार्थों से भरे होते हैं। क्योंकि यह निष्क्रिय है और इसमें कम ठंड का तापमान है, यह इन ईंधन को बिना ठंड के सुरक्षित रूप से विस्थापित कर सकता है। रॉकेट प्रणोदन प्रणाली को शुद्ध करने के लिए नासा और रक्षा विभाग द्वारा बड़ी मात्रा में हीलियम का उपयोग किया जाता है।

नियंत्रित वायुमंडल विनिर्माण

हीलियम एक अक्रिय गैस है। कम प्रतिक्रिया के साथ एकमात्र गैस नियॉन है। जब एक अक्रिय वातावरण की आवश्यकता होती है तो यह कम प्रतिक्रियाशीलता विनिर्माण और मरम्मत प्रक्रियाओं में उपयोग करने के लिए हीलियम को एक मूल्यवान गैस बनाती है। हीलियम में बहुत अधिक तापीय चालकता के साथ-साथ किसी भी गैस का दूसरा-सबसे कम घनत्व है। हीलियम गैस के ये गुण इसे कई धातु संबंधी प्रक्रियाओं के लिए पसंद का वातावरण बनाते हैं, रासायनिक वाष्प में परिपूर्ण क्रिस्टल बढ़ते हैं, ऑप्टिकल फाइबर और अन्य उपयोग करते हैं।

रिसाव का पता लगाने

हीलियम में बहुत कम चिपचिपापन, एक उच्च प्रसार गुणांक और किसी भी तत्व का सबसे छोटा परमाणु होता है। इन विशेषताओं में हीलियम को शामिल करना बहुत कठिन है। यदि किसी सिस्टम में रिसाव होता है, तो हीलियम बच जाएगा। इसलिए हीलियम गैस का उपयोग लीक के लिए उच्च वैक्यूम सिस्टम, ईंधन प्रणाली और अन्य सामग्री का परीक्षण करने के लिए किया जाता है।

श्वास मिश्रण

हीलियम और अन्य अक्रिय गैसों का उपयोग गहरे पानी में गोताखोरी और चिकित्सा उपचार के लिए श्वास मिश्रण तैयार करने के लिए किया जाता है। यहां हीलियम का उपयोग किया जाता है क्योंकि यह जड़ता है, बहुत कम चिपचिपाहट है और किसी अन्य गैस की तुलना में दबाव में सांस लेना आसान है।

वेल्डिंग गैस

वेल्डिंग करते समय हीलियम का उपयोग एक सुरक्षात्मक वातावरण के रूप में किया जाता है। एक निष्क्रिय गैस वातावरण गर्म धातुओं को ऑक्सीकरण और अन्य प्रतिक्रियाओं से बचाता है जो उच्च तापमान पर तेजी से हो सकते हैं।

हीलियम के उपयोग: 2011 के दौरान संयुक्त राज्य अमेरिका में विभिन्न उपयोगों से प्राप्त हीलियम की सापेक्ष मात्रा। यूएसजीएस के डेटा का उपयोग करके ग्राफ़।

हीलियम: एक nonrenewable संसाधन

हीलियम एक ऐसी गैस है जो केवल उसी स्थान पर पाई जाती है, जहां असंभावित स्थितियों का संयोग होता है। यद्यपि यह लगातार पृथ्वी की पपड़ी में रेडियोधर्मी खनिज क्षय द्वारा उत्पादित किया जा रहा है, इसकी प्राकृतिक उत्पादन और संचय की दर इतनी धीमी है कि इसे एक अपरिहार्य संसाधन माना जाना चाहिए।

हीलियम ग्लट्स और हीलियम शॉर्टेज

1925 में संयुक्त राज्य अमेरिका ने राष्ट्रीय हीलियम रिजर्व की स्थापना हवाई जहाजों में उपयोग और अन्य रक्षा उद्देश्यों के लिए हीलियम की रणनीतिक आपूर्ति के रूप में की। उस समय देश बहुत अधिक हीलियम का उत्पादन कर रहा था, जिसका उपभोग किया जा रहा था। द्वितीय विश्व युद्ध के बाद लिफ्टिंग गैस के रूप में उपयोग की जाने वाली हीलियम की मात्रा में गिरावट आई, लेकिन रॉकेट इंजनों को ईंधन देने और परमाणु हथियार सुविधाओं में शीतलक के रूप में हीलियम की मांग एक शुद्ध गैस के रूप में बढ़ी। फिर भी, खपत से अधिक हीलियम का उत्पादन किया जा रहा था।

1995 में, कांग्रेस ने फैसला किया कि राष्ट्रीय हीलियम रिजर्व आवश्यक नहीं है और 1996 के हीलियम निजीकरण अधिनियम के हिस्से के रूप में हीलियम को बेचने के लिए एक कार्यक्रम शुरू किया। लगभग दो दशकों तक कांग्रेस ने हीलियम को मुक्त बाजार में भारी छूट पर बेचने की अनुमति दी। कीमतों। दुनिया के 1/2 तक हीलियम की मांग राष्ट्रीय हीलियम रिजर्व से बिक्री के माध्यम से पूरी की जा रही थी। कुछ वर्षों में संयुक्त राज्य अमेरिका से अन्य देशों में अधिक हीलियम का निर्यात किया गया था, घरेलू स्तर पर खपत की गई थी। सरकार से हीलियम खरीदने वालों को एक शानदार सौदा मिला, और मुक्त बाजार में हीलियम खरीदने वालों ने बहुत अधिक कीमत का भुगतान किया।

बाजार में नेशनल हीलियम रिजर्व स्टॉक के डंपिंग ने हीलियम की कीमत को इतना प्रभावित कर दिया कि इसका उपयोग आर्गन और अन्य गैसों के सस्ते विकल्प के रूप में किया जा रहा था जिनकी आपूर्ति बहुत कम है।

क्योंकि वाणिज्यिक हीलियम उत्पादन को पुरस्कृत या भारी उपयोग नहीं किया गया था, जब 2014 में नेशनल हीलियम रिजर्व की बिक्री को नीलामी प्रणाली द्वारा बदल दिया गया था, तो बाजार को रेखांकित नहीं किया गया था। पहली नीलामी में, दो बोलीदाताओं ने 93 मिलियन क्यूबिक फीट से अधिक का पूरा वार्षिक आवंटन खरीदा पिछले वर्षों के बाजार मूल्य से दोगुना है। नीलामी के बाद एक और 1 बिलियन क्यूबिक फीट उन्हीं दो बोली लगाने वालों को बेच दिया गया।

पहली नीलामी के बाद से हीलियम की कीमत में वृद्धि जारी रही क्योंकि नई हीलियम का उत्पादन खपत से कम हो जाता है। मूल्य वृद्धि ने नए हीलियम प्रसंस्करण संयंत्रों में निवेश को गति दी है। हालांकि, हीलियम केवल प्राकृतिक गैस क्षेत्रों से नमक या एनहाइड्रेट के साथ ट्रैप रॉक के रूप में उत्पादित किया जा सकता है। ये दुनिया के कुछ ही हिस्सों में होते हैं।

वर्तमान कानून के तहत, नेशनल हीलियम रिजर्व को 2021 तक बेच दिया जाएगा। उम्मीद है कि हीलियम के रिकवरी प्लांटों में बढ़ता निवेश हीलियम उपभोक्ताओं की जरूरतों को पूरा करने के लिए पर्याप्त होगा जब हीलियम का महत्वपूर्ण स्रोत चला गया हो।