روشهای تولید گازهای صنعتی

I. روش جداسازی هوا
1. روش تقطیر برودتی
- این یکی از متداول ترین روش های تولید گازهای صنعتی است. این بر اساس تفاوت در نقاط جوش اجزای مختلف گاز در هوا است. ابتدا هوا را فشرده، خنک و تصفیه می کنند تا ناخالصی هایی مانند آب، دی اکسید کربن و ... از بین برود، مثلاً دی اکسید کربن و آب توسط غربال های مولکولی جذب می شوند و سپس هوا به حالت مایع نزدیک می شود. در دماهای پایین، گازهای مختلف شروع به جدا شدن می‌کنند، مانند نیتروژن که در -195.8 درجه و اکسیژن در -183 درجه می‌جوشد. از طریق برج تقطیر، نیتروژن سبک تر در بالای برج و اکسیژن سنگین تر در پایین برج غنی می شود. این روش می تواند گازهای با خلوص بالا مانند اکسیژن، نیتروژن و آرگون را در مقیاس بزرگ تولید کند. این فناوری در بسیاری از زمینه های صنعتی مانند صنایع فولاد، شیمیایی و غیره کاربرد فراوانی دارد تا گازهای صنعتی مورد نیاز آنها را تامین کند.
2. روش جداسازی غشایی
- در روش جداسازی غشایی از تفاوت نفوذپذیری غشاهای پلیمری ویژه به گازهای مختلف برای جداسازی گازها استفاده می شود. هنگامی که هوا تحت فشار معینی از ماژول غشا عبور می کند، گازهای مختلفی با سرعت های متفاوتی از غشا عبور می کنند. به عنوان مثال، اکسیژن سریعتر از نیتروژن از غشاء عبور می کند. این روش دارای مزایای عملکرد ساده و تجهیزات فشرده است. با این حال، خلوص گاز تولید شده نسبتاً پایین است و معمولاً در مکان‌هایی استفاده می‌شود که نیاز به خلوص گاز زیاد نیست، مانند تولید صنعتی در مقیاس کوچک یا برخی از فرآیندهای کمکی. در صنعت بسته بندی مواد غذایی، نیتروژن تولید شده توسط جداسازی غشایی می تواند برای حفظ مواد غذایی و جلوگیری از اکسید شدن و خراب شدن مواد غذایی مورد استفاده قرار گیرد.

2. روش سنتز شیمیایی
1. سنتز هیدروژن
- در صنعت روش های سنتز شیمیایی زیادی برای تولید هیدروژن وجود دارد. در میان آنها، واکنش جابجایی آب-گاز یک روش رایج است. با استفاده از زغال سنگ یا گاز طبیعی به عنوان مواد خام، ابتدا مونوکسید کربن و هیدروژن برای تولید واکنش نشان می دهند (مانند واکنش اصلاح بخار گاز طبیعی: \(CH{2}} H_2O→CO+ 3H _2\))، و سپس واکنش تغییر آب-گاز \(CO + H_2O→CO_2+ H_2\) برای افزایش بیشتر هیدروژن استفاده می‌شود. تولید. هیدروژن کاربردهای گسترده ای در زمینه های پتروشیمی، الکترونیک و ... دارد به عنوان مثال در فرآیند پالایش نفت از هیدروژن برای واکنش های تصفیه هیدروژنه برای حذف ناخالصی های فرآورده های نفتی استفاده می شود.
2. سنتز آمونیاک
- آمونیاک توسط فرآیند Haber-Bosch سنتز می شود. نیتروژن و هیدروژن در دمای بالا (حدود {2}} درجه)، فشار بالا ({3}} اتمسفر) و یک کاتالیزور (معمولاً یک کاتالیزور آهن) واکنش می‌دهند و آمونیاک تولید می‌کنند. معادله واکنش \(N_2+3H_2⇌2NH_3\) است. آمونیاک عمدتاً در تولید کودها استفاده می شود و ماده اولیه مهمی برای کودهای نیتروژنی است. علاوه بر این، آمونیاک در صنایع شیمیایی و دارویی مانند تولید محصولات شیمیایی مانند اسید نیتریک کاربردهای زیادی دارد.

III. الکترولیز
1. الکترولیز آب برای تولید هیدروژن و اکسیژن
- الکترولیز آب تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن در اثر جریان مستقیم است. در سلول الکترولیتی از آب به عنوان الکترولیت استفاده می شود و الکترودها معمولاً از فلزات گرانبها (مانند پلاتین) یا گرافیت ساخته می شوند. معادله واکنش \(2H_2O→2H_2↑+O_2↑\) است. هیدروژن تولید شده با این روش از خلوص بالایی برخوردار است و به بیش از 99.9 درصد می رسد. اگرچه هزینه تولید هیدروژن با الکترولیز آب نسبتاً بالا است، اما در برخی از زمینه های کاربردی خاص که به خلوص هیدروژن بسیار بالا نیاز دارند، مانند صنعت الکترونیک، سلول های سوختی و غیره، نقش بی بدیلی ایفا می کند. در عین حال، اکسیژن تولید شده توسط الکترولیز همچنین می تواند در برخی از فرآیندهای صنعتی خاص یا اهداف پزشکی استفاده شود.