اختراق تقني في فصل الهيدروجين والهيليوم بمعهد أبحاث يويان التابع لمجموعة يويان الصينية، نقاوة الهيليوم تصل إلى 99.999%

أخبار ar.wedoany.com، حققت وحدة الطاقة الجديدة في معهد أبحاث يويان (GRIMAT) اختراقًا في التقنيات الرئيسية لجهاز فصل الهيدروجين والهيليوم الذي طورته ذاتيًا، حيث يمكنه فصل مصدر الغاز المختلط من الهيدروجين والهيليوم ذي التدفق المتقلب وإنتاج هيليوم بنقاوة تزيد عن 99.999%، بكفاءة فصل لا تقل عن 99.9%، ونسبة استرداد للهيليوم تتجاوز 98%.

بصفته موردًا نادرًا يضمن الأمن الاستراتيجي والتكنولوجي العالي في الصين، يلعب الهيليوم دورًا لا غنى عنه في مجالات حيوية مثل تصنيع أشباه الموصلات، والتصوير بالرنين المغناطيسي الطبي (MRI) فائق التوصيل، وتنظيف خزانات وقود الصواريخ الفضائية، والحوسبة الكمومية. يتجاوز اعتماد الصين الخارجي على الهيليوم 80%، وتشكل تقنية فصل الهيدروجين والهيليوم المتطورة تحديًا رئيسيًا يعيق استخراج الهيليوم على نطاق واسع في الصين. تعاني العمليات التقليدية من مشاكل مثل انخفاض كفاءة الفصل، وعدم بلوغ النقاوة المطلوبة، وارتفاع استهلاك الطاقة، كما تشكل تقنية الأكسدة الحفزية خطرًا على السلامة بسبب الحرارة الشديدة المنبعثة.

استنادًا إلى تقنية تخزين الهيدروجين في الحالة الصلبة، اقترحت مجموعة العمل التقني في وحدة الطاقة الجديدة بمعهد أبحاث يويان عملية جديدة لفصل الهيدروجين والهيليوم باستخدام الامتزاز الكيميائي بالسبائك. بعد شهرين من العمل التقني المكثف، طور الفريق نموذجًا أوليًا، ونجح في تحقيق فصل فعال للهيدروجين عن الهيليوم. تصل نقاوة الهيليوم المنتج بهذه التقنية إلى أكثر من 99.999%، مما يفي بالمعيار الوطني للهيليوم عالي النقاوة، مع نسبة استرداد للهيليوم تبلغ 98%. في الوقت نفسه، يبلغ تغير المحتوى الحراري للتفاعل عُشر ذلك الناتج عن الأكسدة الحفزية التقليدية فقط، مما يحسن بشكل كبير من سلامة وكفاءة الطاقة في عملية الفصل.

تم تركيب وتشغيل أول وحدة من جهاز فصل الهيدروجين والهيليوم في مجموعة زيفينغدا بمقاطعة شانشي. عمل الجهاز بثبات لفترة طويلة في بيئة درجات حرارة منخفضة تصل إلى حوالي 20 درجة مئوية تحت الصفر في شتاء لوليانغ، ونجح في إنتاج هيليوم عالي النقاوة لا تقل نقاوته عن 99.999%. وقد غطت صحيفة "كي جي ري باو" (Science and Technology Daily) هذا الإنجاز على صفحتها الأولى. بناءً على النموذج الأولي، طور فريق المشروع منتجًا تجاريًا للجهاز مزودًا بوظائف التشغيل الآلي بالكامل، والمراقبة في الوقت الفعلي، ونقل البيانات، والإنذار بالأعطال، وقد حصل بالفعل على عدة طلبيات للتحقق من التطبيق السوقي على نطاق واسع.

في موقع مشروع تشينغيانغ بمقاطعة قانسو، وفي مواجهة مشكلة مفاجئة تتمثل في تدهور أداء الجهاز بسبب التقلبات الكبيرة في مكونات مصدر الغاز الطبيعي، قام فريق المهندسين التقنيين بتحسين العملية وتطويرها من خلال تعديل معايير العملية في الموقع والمناقشة التعاونية عبر الإنترنت. تمكن المهندس التقني وانغ رينتشي، في موقع لا يمكن فيه استخدام اللحام أو الكهرباء، من استبدال زيت نقل الحرارة عالي اللزوجة باستخدام مضخة ميكانيكية يدوية، مما ضمن التشغيل المستقر للجهاز. بعد نصف شهر من الجهود، استعاد جهاز فصل الهيدروجين والهيليوم إنتاجه المستقر، وتم التغلب على المشكلة الهندسية المتمثلة في تقلبات مصدر الغاز الأمامي.

فيما يتعلق بتطوير التقنية، قام قائد الفريق، غينغ شينغهو، بمتابعة طويلة الأمد لبيانات تشغيل الجهاز، وأكمل تطوير وتصميم حزمة العملية لـ "عملية التدوير متعدد الأبراج"، مما شكل دليلًا قابلاً لإعادة الاستخدام لتصميم العملية ومعايير التشغيل. استجابةً لظروف التشغيل الخاصة بعمليات تصنيع الأمونيا والألياف البصرية، صمم غينغ شينغهو هيكلًا جديدًا لموزع الغاز لبرج الامتزاز، مما أدى إلى تقليل مقاومة تدفق الغاز في برج الامتزاز المعدني المحسن بنسبة 50%.

حاليًا، تم تطبيق سلسلة أجهزة فصل الهيدروجين والهيليوم التي طورتها وحدة الطاقة الجديدة في معهد أبحاث يويان بنجاح في عدة مشاريع لاستخراج الهيليوم من الغاز الطبيعي. يركز الفريق حاليًا على اتجاه البحث والتطوير المتمثل في "الفصل والتنقية الفعالة للهيدروجين والهيليوم عاليي النقاوة"، ويواصل تحسين عملية فصل الهيدروجين والهيليوم، ويستكشف تطبيقات جديدة في مجالات مثل تصنيع الأمونيا والألياف البصرية.