‏الهليوم :

‏بدأ تصنيع الهليوم مع اكتشافه عام 1900 ‏، في ديكستر Dexter ، وكان Kan ، ولكنه يستخرج اليوم من بعض حقول البترول في اوكلاهوما وتكساس . اقيمت اول الوحدات التجريبية لتأمين الهليوم لمناطيد الحلفاء في الحرب العالمية الاولى بدلا من الهيدروجين السريع الالتهاب . وتصل قدرة الهليوم في الرفع الى 92.5 ‏% من قدرة الهيدروجين .

‏ويستخدم على نطاق أضيق مزيج من الهليوم والاكسجين لتأمين جو تركيبي لغواصي الاعمار وعمال الانفاق . واستبدال النتروجين بالهليوم يحول دون التخدر بالنتروجين ، الذى يحدث في اعماق تزيد عن 30 ‏م .

‏ويستخدم الهليوم في التطبيقات الفضائية للسفن الفضائية وتكييف الضغط فيها وكان هذا اوسع سوق للهليوم في منتصف الستينات . ومنذ ذلك الحن ازدادت نسبياً اهمية الاسواق الاخرى ، كما في استخدامه كأجواء واقية في صناعة التيتانيوم ، والزركونيوم ، ومعادن اخرى كإنتاج البلورات للترانزستورات ، وكغاز واق في عملات اللحام . وهناك استخدامات اخرى منها : الكشف عن الرصاص ، والتطبيقات القرية ، وخلق بمئات ذات حرارة بالغة الانخفاض في الادوات ذات الموصلية المفرطة . كما ارتفع الاستهلاك السنوي للهليوم عام 1962 الى 7.8 × ⁶10 م3 ، والى 26.9 × ⁶10 م3 عام 1966 ‏، ثم راح ينخفض باضطراد حتى بلغ 12.7‏×⁶10 م3 في عام 1971 ‏. وقدر الاستهلاك في الولايات المتحدة عام 1980 بـ 18.2×⁶10 م3 . وتؤمن الولايات المتحدة 80 % ‏من الاستهلاك العالمي وتصدر ربع انتاجها المحلي . وتحتفظ السلطات الحكومية الداخلية بالهليوم الخام في خزانات تحت الارض ، فبلغ مخزونها الاحتياطي 1.13×⁹10 م3 عام 1981 ‏. وهذه الجهود ضرورية لان الهليوم يضع في الجو عند استهلاك الغاز الطبيعي . واستخلاص الهليوم من الجو مكلف جدا . ومن المتفق عله استخلاص هذا المصدر المهم وتخزينه حتى تتطلب تقنيات الطاقة الحديثة كميات اكبر من الهليوم . ولأسباب عديدة ، سياسية واقتصادية ‏، توقفت السلطات المختصة في عام ١973 ‏عن شراء الهليوم من مصادر الانتاج الخاصة . ومنذ ذلك الوقت راحت تطلق كميات كبيرة من الهليوم الى الجو . وفي محاولة لوقف ذلك الهدر ، قدم عام ١980 ‏مشروع قانون الى الكونغرس يقضي بان تقوم السلطات المختصة بتخزينه باستخلاصه من الحقول الحكومية او بشرائه من الشركات الخاصة ، او من كليهما وحدد مشروع القانون هدف التخزين بـ 1.8×⁹10 م3 بنهاية 1985 ، و 2.4 ‏× ⁹10 م3 عام 1990 ‏ .

‏وفي عام 1981 ‏انتج 6×⁶10 م3 من الهليوم ووزع لتعزيز برامج المؤسسات الفيدرالية كبرامج وكالة ناسا ، وبحوث الاسلحة الدفاعية المتقدمة ، وبحوث تحويل الطاقة الى طاقة من الجيل التالي .

‏استخلص من الغاز الموزع على هذا النحو 2.8×⁶10 م3 من الغاز الطبيعي و 3.2 ‏×⁶10 م3 من الغاز المسحوب من حقل الغاز في كليفسايد الذي يمون الخزانات الحكومية . وقامت شركة موبيل أويل ، في 1979 ‏و 1980 ‏، بإكمال بئرين في حقل تبتوب Tip Top ‏، لكنهما لا ينتجان الان ، ويقدر الاحتياطي في هذا الحقل بـ 42‏.1×­⁹10 ‏م3 .

‏تزيل الوحدة النموذجية 2 ‏% هليوم من الغاز الطبيعي في انابيب تعبر الموقع ، مع مردود استخلاص يبلغ 92 ‏- 95 ‏% . يدخل غاز الانابيب عند الضغط 3 ‏- 4.5 ‏Mpa ويغسل اولا لطرح الماء والهيدروكربونات القابلة للتكثف ، وبعدئذ يعبر جهاز تنظيف الغاز ، الذي يزيل غبار الانابيب . ومن هنا يمضي الى ابراج الامتصاص ، فيزل CO₂ بمحلول مؤلف من MEA و diethylene glicol ، واخيراً يمر عبر مجفف البوكسيت bauxite ‏. وفي مرحلة فصل الهليوم الخام ، يدخل الغاز المكرر الى وحدات كبيرة تشبه الصناديق ، بارتفاع 12 ‏م ومقطع عرضاني 3×3 ‏، تعمل على التوازي . وعند دخوله الى احدى هذه الوحدات ، يبرد الغاز الى - 156 مئوية بواسطة مبادل حراري مع تصريف الهليوم الخام والغاز الطبيعي المستنفذ . ‏يمدد التيار المبرد الى عمود جهاز الفصل والتكرير حيث تتم اسالة الغاز وفصله بمساعدة رافد من النتروجين البارد ذي الضغط المنخفض في انبوب ملتف.

يعبر الغاز المكرر او غاز الهليوم الخام ( هليوم 75 % ‏، ونتروجين 25 % ) عداد المبادل الحرارى الى الغاز الداخل . ‏يعبر الغاز الطبيعي المستنفذ ، على شكل سائل ، من قاع جهاز الفصل والتكرير بواسطة صمام التمدد ومساعد ايضاً في تبريد الغاز الداخل للتغذية ، ثم مغادر الوحدة ، فضغط ، ويعود بعد ذلك الى خط انابيب الغاز. ولكي مؤمن النتروجين ذو الضغط العالي التبريد ومكون صالحاً للاستعمال في فرع تبريد ، يجب تبريده عن طريق تمديده وتقسيمه الى جزأين . ويخضع أحد الجزأين الى تبريد اضافي ، -179 مئوية ، عن طريق تمديده عبر ممدد تربيني معمل بقوة ‏الطرد المركزي ومتمركز خارج صندوق وحدة الفصل ، وعندئذ بقوم هذا التيار المبرّد بتبريد اضافي للجزء غير المتمدد في رافد النتروجين الاصلي .

‏لتنقيه غاز الهليوم الخام ، تزال اولا اثار الهيدروجين في المفاعل مع كمما بسيطة من الهواء ، حيث يتأكسد الى ماء بواسطة ماده حفازة من البلاتين . ويخضع الغاز الخالي من الهيدروجين لتنقية اضافية باستخدام المعالجة الامتزازية بالضغط الاهتزازي . تزيل وحدة المعالجة هذه بصوره اساسية كافة مواد التلويث الى ادنى مستوى (اقل من 10 PPM) . مع ذلك ، لا يزال النيون بهذه الطريقة ، لكنه لا يعتبر مادة ملوثة في معظم استخدامات الهليوم .

‏تعمل الوحدات لتأمين الهليوم السائل ( درجة الغلمان - 268.9 ‏مئوية عند 101 KPa‏ مقارنة بـ - 252 ‏مئوية للهيدروجين ) . تنتج الوحدة الاولى في تكساس 100 ل / سا . وركبت شركة يونون كربيد داخل مصانعها نموذج ديوار Dewar (I.e thermos bottle‏) لجهاز بارتفاع 6 ‏م وقطر 2.7 ‏م . وتكمن الصعوبة في ان الهليوم المضغوط لا يمارس تأثير تبريد جول ثومسون Joule-Thomson على التمديد حتى الوصول الى - 276 ‏مئوية . يضغط غاز الهليوم الى 1.9 Mpa بدرجة 27 ‏مئوية حيث مدخل صندوق ديوار للتبريد . ويبرد هنا الى درجة -187 مئوية في أول ثلاثة من مبادلات الالومنيوم الحرارية من النمط الزعنفي بواسطة هليوم الدوران المتجدد والنتروجين السائل البارد (- 193 ‏مئوية) والغازي . وبعد ذلك تزال اثار الشوائب بمصيدة جلّ ، ويخضع تيار الغاز لتبريد اضافي الى - 248 ‏مئوية في المبادل الحراري بواسطة هليوم الدوران المتجدد .

‏الصورة 1‏-1 ‏. مصنع يونيون كربيد لإنتاج هليوم لند.

‏يجزأ الصبيب الى تيارين ، بحيث يمكن تبريد التيار الكبير بالتمديد من 1.8 Mpa الى ‏27 kpa في محرك ممدد ، ومن هنا يبرد ذاتياً الى - 260 مئوية وبالتالي يؤمن وسطاً للتبادل الحراري من اجل تبريد اضافي للجزء الأصغر .

‏واخيراً يبرد التيار المتحد الى - 267 مئوية عن طريق اعادة دوران الغاز. هنا مكون تأثير جول ثومبسون ايجابياً ، وعن طريق التمديد من 8‏.1 Mpa الى 31 ‏kpa ، يبرد الهليوم نفسه في وعاء الفصل الى سائل مبلغ حوالي 15% من الهليوم بدرجة - 268 مئوية . ويعاد تدوير غاز الهليوم .

‏تنتج وحدة الهليوم السائل في كنساس Kansas 6.1×⁶10 ل / سنة من الهليوم السائل . تؤمن هذه الوحدة ‏الهليوم السائل لتوزيعه في البلاد . وتقتني شركة ايركو airco للتوزيع شاحنات مقطورة من سعة 38000 ‏ل اضافة الى حاويات قرية لتوصيله . ويمتلك قسم التوزيع في شركة يونيون كربيد مصنعاً في بوسطن يظهر في الصورة 1 ‏- 1 ‏.