گازهای صنعتی چگونه ساخته می شوند

1. مواد اولیه برای ساخت گازهای صنعتی
- مواد اولیه برای ساخت گازهای صنعتی از منابع گسترده ای تهیه می شود. بسیاری از گازهای صنعتی مانند اکسیژن، نیتروژن و آرگون را می توان از هوا به دست آورد. هوا یک مخزن طبیعی مواد خام است که نیتروژن حدود 78٪، اکسیژن حدود 21٪ و آرگون حدود 0.93٪ از آن را تشکیل می دهد. این گازها را می توان با جداسازی هوا با استفاده از عملیات فنی به دست آورد.
- علاوه بر این، برخی از گازهای صنعتی نیز از واکنش مواد شیمیایی به وجود می آیند. به عنوان مثال، هیدروژن را می توان با الکترولیز آب تولید کرد، جایی که آب (\(H{1}}O\)) به هیدروژن (\(H{2}}\)) و اکسیژن (\(O{{{{ 3}}\)) هنگامی که برق اعمال می شود. گاز دی اکسید کربن نیز وجود دارد که می تواند از گازهای زائد در فرآیند تولید شیمیایی جمع آوری شود یا از طریق کلسینه کردن سنگ آهک (\(CaCO_3\)) با فرمول شیمیایی \(CaCO_3) بدست آید. \stackrel{温度}{=\!=\!=} CaO+CO{10}}↑\).

2. روشهای رایج برای ساخت گازهای صنعتی
1. تولید اکسیژن
- متداول ترین روش جداسازی هوا است. ابتدا هوا را فشرده و خنک کنید تا مایع شود. سپس از نقاط جوش مختلف گازها مانند اکسیژن و نیتروژن برای تفکیک استفاده کنید. نقطه جوش اکسیژن -183 درجه و نقطه جوش نیتروژن -196 درجه است. با افزایش تدریجی دما ابتدا نیتروژن تبخیر می شود و باقیمانده عمدتاً اکسیژن مایع است. این روش می تواند اکسیژن را در مقیاس وسیع تولید کند تا نیازهای بسیاری از جنبه ها مانند صنعت و پزشکی را برطرف کند.
- با روش های شیمیایی نیز می توان اکسیژن تولید کرد. به عنوان مثال، پراکسید هیدروژن (\(H_2O_2\)) تحت تأثیر کاتالیزوری دی اکسید منگنز (\(MnO_2\)) به اکسیژن و آب تجزیه می شود. معادله شیمیایی است \(2H_2O_2\stackrel{MnO_2}{=\!=\!=}2H{{12} }O + O_2↑\). با این حال، این روش شیمیایی برای تولید اکسیژن در مقیاس کوچک نسبتا مناسب است و به طور گسترده در آزمایشگاه ها و سناریوهای دیگر استفاده می شود.
2. تولید نیتروژن
- همچنین بر اساس روش جداسازی هوا، پس از مایع شدن هوا، نیتروژن با تقطیر بر اساس این مشخصه که نقطه جوش نیتروژن کمتر از اکسیژن است، جدا می شود. خلوص نیتروژن تولید شده با این روش می تواند به سطح بسیار بالایی برسد که می تواند سناریوهای کاربردی با الزامات بسیار بالا برای خلوص نیتروژن در صنعت الکترونیک را برآورده کند.
- در برخی از فرآیندهای تولید شیمیایی نیتروژن نیز با واکنش های جانبی تولید می شود. به عنوان مثال، آمونیاک (\(NH_3\)) می تواند تحت شرایط خاصی به نیتروژن و هیدروژن تجزیه شود و معادله واکنش \(2NH_3 \stackrel{شرایط معین}{{{4) است. }}\!=\!=} N_2+3H_2\)، اما این روش روش اصلی برای تولید نیتروژن نیست.
3. تولید هیدروژن
- الکترولیز آب که در بالا ذکر شد روش مهمی است. در اثر جریان مستقیم، آب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود. هیدروژن تولید شده با این روش دارای خلوص بالا است، اما مصرف برق نسبتاً زیاد است.
- روش رفرمینگ گاز طبیعی (جزء اصلی متان\(CH_4\)) نیز در صنعت برای تولید هیدروژن کاربرد زیادی دارد. متان با بخار آب در دمای بالا و کاتالیزور واکنش می دهد و معادله شیمیایی \(CH_4 + H_2O\stackrel{دمای بالا، کاتالیزور{=\!{{5 است. }}\!=}CO+3H_2\). پس از یک سری مراحل خالص سازی و جداسازی، هیدروژن خالص به دست می آید.

3. کنترل کیفیت در تولید گاز صنعتی
- کنترل کیفیت در فرآیند تولید گاز صنعتی بسیار مهم است. اول از همه، مواد خام باید به شدت مورد آزمایش قرار گیرند تا اطمینان حاصل شود که خلوص و کیفیت مواد اولیه مطابق با الزامات است. به عنوان مثال، هنگامی که هوا برای تولید اکسیژن و نیتروژن جدا می شود، اگر ناخالصی های زیادی در هوا وجود داشته باشد، خلوص محصول نهایی تحت تأثیر قرار می گیرد.
- در فرآیند تولید باید شرایط واکنش دقیقاً کنترل شود. به عنوان مثال، هنگامی که هیدروژن با روش های شیمیایی تولید می شود، عواملی مانند دما، فشار و استفاده از کاتالیزورها باید دقیقاً کنترل شوند تا از کارایی واکنش و خلوص محصول اطمینان حاصل شود. در عین حال، تجهیزات تولید نیز باید به طور مرتب نگهداری و بازرسی شوند تا از پیری تجهیزات، نشت و سایر مشکلات بر کیفیت گاز جلوگیری شود. پس از تولید محصول، تست کیفیت دقیق مورد نیاز است. اقلام آزمایشی شامل خلوص گاز، محتوای ناخالصی و ... می باشد. فقط گازهای صنعتی که دارای استانداردهای کیفی باشند می توانند برای فروش و کاربرد وارد بازار شوند.