بازیافت هلیوم به صورت هوشمند و کم انرژی، کلید پایداری در صنایع پیشرفته و حفاظت از یکی از کمیابترین گازهای زمین است . سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778
ضرورت جهانی بازیافت هلیوم
هلیوم (He) از گازهای نجیب و کمیاب زمین است که در فناوریهای پیشرفته مانند MRI، صنایع نیمههادی، فیبر نوری و کرایوجنیک نقشی کلیدی دارد. از آنجا که منابع طبیعی هلیوم محدود و غیرقابل تجدیدند، تنها راه حفظ پایداری این عنصر حیاتی، بازیافت هلیوم از جریانهای صنعتی و آزمایشگاهی است. در دهههای اخیر، افزایش شدید قیمت و کمبود جهانی هلیوم باعث شده توجه به بازیافت هلیوم با روشهای کمانرژی و اقتصادی بیش از پیش اهمیت یابد.
بخش اول: منابع اتلاف و ضرورت بازیافت هلیوم
در بیشتر فرآیندهای صنعتی، هلیوم پس از مصرف به اتمسفر رها میشود. این گاز سبک بهسرعت از جو زمین خارج شده و دیگر قابل استفاده نیست. بنابراین اجرای سیستمهای بازیافت هلیوم برای حفظ پایداری اقتصادی و محیطزیستی ضروری است.
۱. سیستمهای MRI و کرایوژنیک
در دستگاههای MRI، هلیوم مایع برای خنکسازی آهنرباهای ابررسانا استفاده میشود. بدون بازیافتهلیوم، حجم عظیمی از گاز در زمان تبخیر هدر میرود. امروزه بسیاری از بیمارستانها از سامانههای خودکار بازیافت هلیوم برای بازگرداندن بخار هلیوم استفاده میکنند.
۲. فرآیندهای جوشکاری صنعتی
در جوشکاری TIG و MIG، ترکیب آرگون–هلیوم رایج است. نصب سیستم بازیافت هلیوم در خطوط تخلیه میتواند تا ۸۰٪ از گاز مصرفی را بازگرداند.
۳. آزمایشگاههای علمی
در تجهیزات تحلیلی مانند GC و طیفسنجی جرمی، اجرای واحد بازیافتهلیوم نهتنها از اتلاف جلوگیری میکند بلکه هزینههای عملیاتی را نیز کاهش میدهد.
بخش دوم: اصول فیزیکی و مکانیزمهای بازیافت هلیوم
فرآیند بازیافت هلیوم معمولاً شامل سه مرحله است: جمعآوری، جداسازی و فشردهسازی.
جمعآوری: گاز خروجی از خطوط فرآیندی به مخازن ذخیره منتقل میشود.
جداسازی: در این مرحله، هلیوم از سایر گازها جدا میشود.
فشردهسازی و ذخیره: در پایان، گاز بازیافتی تا فشار بالا فشرده شده و برای استفاده مجدد ذخیره میگردد.
در تمامی مراحل، هدف اصلی کاهش تلفات انرژی و افزایش بازده بازیافتهلیوم است.
بخش سوم: فناوریهای کمانرژی در بازیافت هلیوم
۱. روش غشایی (Membrane Separation)
در این فناوری، گازهای مخلوط از میان غشاهای پلیمری عبور میکنند و به دلیل نفوذپذیری بالاتر هلیوم، جداسازی انجام میشود. این یکی از سادهترین و کممصرفترین روشهای بازیافتهلیوم است.
ویژگیها:
مصرف انرژی پایین
عدم نیاز به سرمایش شدید
مناسب برای آزمایشگاهها و مراکز کوچک
چالش اصلی این روش کاهش کارایی در جریانهای با غلظت پایین هلیوم است. با این حال، در بسیاری از کاربردها، بازیافت هلیوم از طریق غشا بهدلیل هزینهی پایین عملیاتی، راهحلی مقرونبهصرفه است.
۲. روش PSA (Pressure Swing Adsorption)
در فناوری PSA، گاز مخلوط از میان بستر جاذب عبور داده میشود تا گازهای سنگین جذب شوند و هلیوم خالص عبور کند. این یکی از دقیقترین روشهای صنعتی برای بازیافتهلیوم محسوب میشود.
مزایا:
خلوص بالا (تا ۹۹.۹٪)
عملکرد پیوسته
هزینه نگهداری پایین
در صنایع نیمههادی و کرایوجنیک، بازیافت هلیوم با PSA رایجترین روش تجاری است.
۳. روش سرمایش جزئی (Cryogenic Recovery)
در این سیستم، با کاهش دما، گازهای سنگینتر مایع شده و هلیوم باقیمانده بازیافت میشود. اگرچه این روش مصرف انرژی بالایی دارد، اما در واحدهای بزرگ میتوان با استفاده از بازیافت حرارتی و مبدلهای چندمرحلهای، انرژی مصرفی را کاهش داد.
ترکیب این فناوری با سایر روشها، مانند PSA یا غشایی، میتواند سیستم بازیافتهلیوم را بهینهتر و پایدارتر کند.
۴. سیستمهای هیبریدی
در سالهای اخیر، فناوریهای ترکیبی برای بازیافت هلیوم توسعه یافتهاند که در آن ابتدا غشا برای غنیسازی اولیه به کار میرود و سپس PSA یا سرمایش جزئی برای تصفیه نهایی استفاده میشود. این ترکیب باعث کاهش انرژی مصرفی تا ۵۰٪ و افزایش بازده بازیافت هلیوم میگردد.
بخش چهارم:طراحی سیستمهای ذخیرهسازی و بازیافت هلیوم
در طراحی سیستمهای بازیافت هلیوم، دو نوع ذخیره در نظر گرفته میشود:
ذخیره گازی (سیلندر یا تانک فشرده)
ذخیره مایع (در تانکهای دو جداره با عایق بالا)
در سیستمهای کرایوژنیک، بخار حاصل از تبخیر، با بازیافتهلیوم به چرخهی مایعسازی بازگردانده میشود. استفاده از دتکتور نشت هلیوم، فیلترهای گازی و سیستم تهویه از ملزومات ایمنی این فرآیند است.
استانداردهای ISO برای طراحی تجهیزات بازیافت هلیوم شامل ISO 20421 و ISO 9809 هستند که بر ایمنی و کیفیت تمرکز دارند.
بخش پنجم: نمونههای صنعتی از بازیافت هلیوم
۱. بیمارستانها و مراکز MRI
در مراکز پزشکی، استفاده از سیستمهای بازیافتهلیوم موجب کاهش مصرف سالانه تا ۹۵٪ شده است. سیستمهای بستهی مدرن میتوانند بخار هلیوم را پس از تبخیر بهطور خودکار خنک و مایع کنند.
۲. صنایع نیمههادی و اپتوالکترونیک
در تولید تراشه و فیبر نوری، بازیافت هلیوم از خطوط خلأ و خنککننده باعث صرفهجویی عظیم در هزینهها میشود. بسیاری از کارخانهها از سیستمهای PSA برای بازیافت هلیوم با ظرفیت بالا استفاده میکنند.
۳. آزمایشگاههای پژوهشی
در تحقیقات دما پایین و کرایوژنیک، بازیافتهلیوم باعث پایداری تأمین گاز و کاهش هزینههای سالانه میشود. این سیستمها معمولاً ترکیبی از فناوریهای غشایی و PSA هستند تا با حداقل مصرف برق، بالاترین راندمان حاصل شود.
بخش ششم: راهکارهای کاهش انرژی در بازیافت هلیوم
برای اینکه بازیافتهلیوم بهینه و اقتصادی باشد، باید مصرف انرژی در همه مراحل کاهش یابد. راهکارهای مؤثر شامل موارد زیر است:
استفاده از مبدلهای حرارتی چندمرحلهای برای بازگردانی حرارت خروجی
نصب کنترلرهای هوشمند برای تنظیم فشار و دما
بهکارگیری کمپرسورهای مجهز به درایو سرعت متغیر (VFD)
بهبود عایقبندی مخازن جهت کاهش تبخیر هلیوم
بهینهسازی طراحی خطوط انتقال برای جلوگیری از افت فشار
اجرای این موارد میتواند بازده بازیافت هلیوم را تا ۳۰٪ افزایش دهد.
بخش هفتم: ارزیابی اقتصادی و زیستمحیطی بازیافت هلیوم
از نظر اقتصادی، هزینه نصب سیستم بازیافتهلیوم در کوتاهمدت ممکن است بالا به نظر برسد، اما صرفهجویی حاصل از کاهش مصرف گاز، در کمتر از سه سال بازگشت سرمایه را تضمین میکند.
از دیدگاه زیستمحیطی، بازیافتهلیوم باعث کاهش استخراج از میادین گازی و در نتیجه کاهش انتشار متان و دیاکسیدکربن میشود. همچنین در سطح ملی، توسعه زیرساختهای بازیافتهلیوم وابستگی به واردات این گاز کمیاب را کاهش میدهد.
بر اساس مطالعات، اجرای کامل سیستمهای بازیافتهلیوم میتواند تا ۷۰٪ انرژی کل مصرفی در تأمین گاز را کاهش دهد.
بدون دیدگاه