Heli là một nguyên tố hóa học có ký hiệu He và số nguyên tử là 2. Đây là một loại khí hiếm trong khí quyển, không màu, không vị, không mùi, không độc, không cháy, chỉ tan ít trong nước. Nồng độ Heli trong khí quyển là 5,24 x 10-4 theo phần trăm thể tích. Nó có điểm sôi và điểm nóng chảy thấp nhất trong bất kỳ nguyên tố nào và chỉ tồn tại ở dạng khí, ngoại trừ trong điều kiện cực lạnh.

Heli chủ yếu được vận chuyển dưới dạng khí hoặc lỏng và được sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân, chất bán dẫn, tia laser, bóng đèn, siêu dẫn, thiết bị đo lường, chất bán dẫn và sợi quang, phương pháp đông lạnh, MRI và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm R&D.

Nguồn lạnh nhiệt độ thấp

Heli được sử dụng làm chất làm mát siêu lạnh cho các nguồn làm mát siêu lạnh, chẳng hạn như chụp cộng hưởng từ (MRI), quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), máy gia tốc hạt lượng tử siêu dẫn, máy va chạm hadron lớn, giao thoa kế (SQUID), cộng hưởng spin electron (ESR) và lưu trữ năng lượng từ siêu dẫn (SMES), máy phát siêu dẫn MHD, cảm biến siêu dẫn, truyền tải điện, vận chuyển bằng tàu đệm từ, máy quang phổ khối, nam châm siêu dẫn, bộ tách từ trường mạnh, nam châm siêu dẫn trường hình khuyên cho lò phản ứng nhiệt hạch và các nghiên cứu siêu lạnh khác. Heli làm mát vật liệu siêu dẫn và nam châm siêu dẫn siêu lạnh đến gần độ không tuyệt đối, tại thời điểm đó điện trở của siêu dẫn đột ngột giảm xuống bằng không. Điện trở rất thấp của siêu dẫn tạo ra từ trường mạnh hơn. Trong trường hợp thiết bị MRI được sử dụng trong bệnh viện, từ trường mạnh hơn tạo ra nhiều chi tiết hơn trong hình ảnh chụp X quang.

Heli được sử dụng như một chất siêu làm mát vì heli có điểm nóng chảy và điểm sôi thấp nhất, không đông đặc ở áp suất khí quyển và 0 K, và heli trơ về mặt hóa học, khiến nó gần như không thể phản ứng với các chất khác. Ngoài ra, heli trở thành siêu lỏng dưới 2,2 Kelvin. Cho đến nay, tính di động cực cao độc đáo này vẫn chưa được khai thác trong bất kỳ ứng dụng công nghiệp nào. Ở nhiệt độ dưới 17 Kelvin, không có chất thay thế heli làm chất làm lạnh trong nguồn đông lạnh.

Hàng không và Du hành vũ trụ

Heli cũng được sử dụng trong khinh khí cầu và tàu bay. Vì heli nhẹ hơn không khí nên khinh khí cầu và tàu bay được bơm đầy heli. Heli có ưu điểm là không bắt lửa, mặc dù hydro nổi hơn và có tỷ lệ thoát ra khỏi màng thấp hơn. Một ứng dụng thứ cấp khác là trong công nghệ tên lửa, trong đó heli được sử dụng làm môi trường mất mát để thay thế nhiên liệu và chất oxy hóa trong các thùng chứa và ngưng tụ hydro và oxy để tạo thành nhiên liệu tên lửa. Nó cũng có thể được sử dụng để loại bỏ nhiên liệu và chất oxy hóa khỏi thiết bị hỗ trợ mặt đất trước khi phóng và có thể làm mát trước hydro lỏng trong tàu vũ trụ. Trong tên lửa Saturn V được sử dụng trong chương trình Apollo, cần khoảng 370.000 mét khối (13 triệu feet khối) heli để phóng.

Phát hiện rò rỉ đường ống và phân tích phát hiện

Một ứng dụng công nghiệp khác của heli là phát hiện rò rỉ. Phát hiện rò rỉ được sử dụng để phát hiện rò rỉ trong các hệ thống chứa chất lỏng và khí. Vì heli khuếch tán qua chất rắn nhanh hơn không khí gấp ba lần nên nó được sử dụng làm khí đánh dấu để phát hiện rò rỉ trong thiết bị chân không cao (như bể chứa khí lạnh) và bình chứa áp suất cao. Vật thể được đặt trong một buồng, sau đó được hút chân không và nạp đầy heli. Ngay cả ở tốc độ rò rỉ thấp tới 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), heli thoát ra qua lỗ rò vẫn có thể được phát hiện bằng một thiết bị nhạy (máy quang phổ khối heli). Quy trình đo lường thường được tự động hóa và được gọi là thử nghiệm tích hợp heli. Một phương pháp khác đơn giản hơn là nạp đầy heli vào vật thể đang nghi vấn và tìm kiếm rò rỉ thủ công bằng thiết bị cầm tay.

Heli được sử dụng để phát hiện rò rỉ vì nó là phân tử nhỏ nhất và là phân tử đơn nguyên tử, do đó heli dễ bị rò rỉ. Khí heli được nạp vào vật thể trong quá trình phát hiện rò rỉ và nếu xảy ra rò rỉ, máy quang phổ khối heli sẽ có thể phát hiện vị trí rò rỉ. Heli có thể được sử dụng để phát hiện rò rỉ trong tên lửa, bình nhiên liệu, bộ trao đổi nhiệt, đường ống dẫn khí, thiết bị điện tử, ống TV và các thành phần sản xuất khác. Phát hiện rò rỉ bằng heli lần đầu tiên được sử dụng trong dự án Manhattan để phát hiện rò rỉ tại các nhà máy làm giàu urani. Heli phát hiện rò rỉ có thể được thay thế bằng hydro, nitơ hoặc hỗn hợp hydro và nitơ.

Hàn và gia công kim loại

Khí heli được sử dụng làm khí bảo vệ trong hàn hồ quang và hàn hồ quang plasma vì năng lượng ion hóa cao hơn các nguyên tử khác. Khí heli xung quanh mối hàn ngăn kim loại bị oxy hóa ở trạng thái nóng chảy. Năng lượng ion hóa cao của heli cho phép hàn hồ quang plasma các kim loại không giống nhau được sử dụng trong xây dựng, đóng tàu và hàng không vũ trụ, chẳng hạn như titan, zirconi, magiê và hợp kim nhôm. Mặc dù heli trong khí bảo vệ có thể được thay thế bằng argon hoặc hydro, nhưng một số vật liệu (như titan heli) không thể thay thế cho hàn hồ quang plasma. Bởi vì heli là loại khí duy nhất an toàn ở nhiệt độ cao.

Một trong những lĩnh vực phát triển năng động nhất là hàn thép không gỉ. Heli là một loại khí trơ, có nghĩa là nó không trải qua bất kỳ phản ứng hóa học nào khi tiếp xúc với các chất khác. Đặc tính này đặc biệt quan trọng trong khí bảo vệ hàn.

Heli cũng dẫn nhiệt tốt. Đây là lý do tại sao nó thường được sử dụng trong các mối hàn đòi hỏi nhiệt lượng đầu vào cao hơn để cải thiện khả năng thấm ướt của mối hàn. Heli cũng hữu ích để tăng tốc.

Heli thường được trộn với argon với lượng khác nhau trong hỗn hợp khí bảo vệ để tận dụng tối đa các đặc tính tốt của cả hai loại khí. Ví dụ, heli hoạt động như một loại khí bảo vệ để giúp cung cấp các chế độ thâm nhập rộng hơn và nông hơn trong quá trình hàn. Nhưng heli không cung cấp khả năng làm sạch như argon.

Do đó, các nhà sản xuất kim loại thường cân nhắc việc trộn argon với heli như một phần của quy trình làm việc của họ. Đối với hàn hồ quang kim loại được bảo vệ bằng khí, heli có thể chiếm 25% đến 75% hỗn hợp khí trong hỗn hợp heli/argon. Bằng cách điều chỉnh thành phần của hỗn hợp khí bảo vệ, thợ hàn có thể tác động đến sự phân bố nhiệt của mối hàn, từ đó ảnh hưởng đến hình dạng của mặt cắt ngang của kim loại mối hàn và tốc độ hàn.

Ngành công nghiệp bán dẫn điện tử

Là một khí trơ, heli rất ổn định đến mức hầu như không phản ứng với bất kỳ nguyên tố nào khác. Tính chất này khiến nó được sử dụng làm lá chắn trong hàn hồ quang (để ngăn ngừa ô nhiễm oxy trong không khí). Heli cũng có các ứng dụng quan trọng khác, chẳng hạn như sản xuất chất bán dẫn và sợi quang. Ngoài ra, nó có thể thay thế nitơ trong lặn sâu để ngăn ngừa sự hình thành các bong bóng nitơ trong máu, do đó ngăn ngừa say lặn.

Khối lượng bán Helium toàn cầu (2016-2027)

Thị trường heli toàn cầu đạt 1825,37 triệu đô la vào năm 2020 và dự kiến ​​sẽ đạt 2742,04 triệu đô la vào năm 2027, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 5,65% (2021-2027). Ngành công nghiệp này có sự không chắc chắn lớn trong những năm tới. Dữ liệu dự báo cho năm 2021-2027 trong bài báo này dựa trên sự phát triển lịch sử của một vài năm qua, ý kiến ​​của các chuyên gia trong ngành và ý kiến ​​của các nhà phân tích trong bài báo này.

Ngành công nghiệp heli có tính tập trung cao, có nguồn gốc từ tài nguyên thiên nhiên và có số lượng nhà sản xuất toàn cầu hạn chế, chủ yếu ở Hoa Kỳ, Nga, Qatar và Algeria. Trên thế giới, khu vực tiêu dùng tập trung ở Hoa Kỳ, Trung Quốc và Châu Âu, v.v. Hoa Kỳ có lịch sử lâu dài và vị thế không thể lay chuyển trong ngành.

Nhiều công ty có nhiều nhà máy, nhưng chúng thường không gần với thị trường tiêu dùng mục tiêu của họ. Do đó, sản phẩm có chi phí vận chuyển cao.

Kể từ năm năm đầu tiên, sản lượng tăng rất chậm. Heli là nguồn năng lượng không tái tạo và các chính sách được đưa ra tại các quốc gia sản xuất để đảm bảo việc sử dụng liên tục. Một số người dự đoán rằng heli sẽ cạn kiệt trong tương lai.

Ngành công nghiệp này có tỷ lệ nhập khẩu và xuất khẩu cao. Hầu như tất cả các quốc gia đều sử dụng heli, nhưng chỉ một số ít có trữ lượng heli.

Heli có nhiều ứng dụng và sẽ có sẵn trong ngày càng nhiều lĩnh vực. Do tình trạng khan hiếm tài nguyên thiên nhiên, nhu cầu về heli có khả năng tăng trong tương lai, đòi hỏi phải có các giải pháp thay thế phù hợp. Giá heli dự kiến ​​sẽ tiếp tục tăng từ năm 2021 đến năm 2026, từ 13,53 đô la/m3 (năm 2020) lên 19,09 đô la/m3 (năm 2027).

Ngành công nghiệp bị ảnh hưởng bởi kinh tế và chính sách. Khi nền kinh tế toàn cầu phục hồi, ngày càng nhiều người quan tâm đến việc cải thiện các tiêu chuẩn môi trường, đặc biệt là ở các khu vực kém phát triển có dân số đông và tăng trưởng kinh tế nhanh, nhu cầu về heli sẽ tăng lên.

Hiện nay, các nhà sản xuất lớn trên toàn cầu bao gồm Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) và Gazprom (Ru), v.v. Năm 2020, thị phần bán hàng của 6 nhà sản xuất hàng đầu sẽ vượt quá 74%. Dự kiến, sự cạnh tranh trong ngành sẽ trở nên khốc liệt hơn trong vài năm tới.

Thiết bị đông lạnh HL

Do nguồn heli lỏng khan hiếm và giá cả tăng cao, điều quan trọng là phải giảm thiểu thất thoát và thu hồi heli lỏng trong quá trình sử dụng và vận chuyển.

HL Cryogenic Equipment được thành lập vào năm 1992 là một thương hiệu trực thuộc Công ty TNHH Thiết bị Cryogenic HL. HL Cryogenic Equipment cam kết thiết kế và sản xuất Hệ thống đường ống cách nhiệt chân không cao và Thiết bị hỗ trợ liên quan để đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng. Ống cách nhiệt chân không và Ống mềm được chế tạo bằng vật liệu cách nhiệt đặc biệt nhiều lớp và nhiều màn hình chân không cao, trải qua một loạt các xử lý kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt và xử lý chân không cao, được sử dụng để vận chuyển oxy lỏng, nitơ lỏng, argon lỏng, hydro lỏng, heli lỏng, khí ethylene hóa lỏng LEG và khí thiên nhiên hóa lỏng LNG.

Dòng sản phẩm Ống chân không có áo khoác, Ống mềm có áo khoác, Van chân không có áo khoác và Bộ tách pha của Công ty Thiết bị Nhiệt độ thấp HL đã trải qua một loạt các xử lý kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt, được sử dụng để vận chuyển oxy lỏng, nitơ lỏng, argon lỏng, hydro lỏng, heli lỏng, LEG và LNG, và các sản phẩm này được sử dụng cho thiết bị nhiệt độ thấp (ví dụ như bồn nhiệt độ thấp, bình đựng nước và hộp lạnh, v.v.) trong các ngành công nghiệp tách khí, khí, hàng không, điện tử, siêu dẫn, chip, lắp ráp tự động hóa, thực phẩm & đồ uống, dược phẩm, bệnh viện, ngân hàng sinh học, cao su, sản xuất vật liệu mới, kỹ thuật hóa học, sắt & thép và nghiên cứu khoa học, v.v.

Công ty Thiết bị Nhiệt độ Lạnh HL đã trở thành nhà cung cấp/bán hàng đủ tiêu chuẩn của Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani và Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang), v.v.