उद्योगों में गैसों के पृथक्करण हेतु उपयोग में आने वाली विधियाँ एव

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उद्योगों में गैसों को अलग करने हेतु प्रयुक्त विधियाँ एवं सिद्धांत
उद्योगों में आमतौर पर उपयोग में आने वाली गैसों में ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, आर्गन, कार्बन डाइऑक्साइड, तरल अमोनिया, तरल क्लोरीन, एसीटिलीन, हाइड्रोजन आदि शामिल हैं। औद्योगिक गैसों के उत्पादन हेतु कई विधियाँ हैं; यहाँ कुछ सामान्य उत्पादन विधियों का संक्षिप्त वर्णन दिया गया है। I. ऑक्सीजन
औद्योगिक उद्देश्यों हेतु ऑक्सीजन उत्पादन की मुख्य विधियों में वायु के तरलीकरण एवं शुद्धीकरण विधि (संक्षेप में “एयर सेपरेशन विधि”), जल विद्युत विघटन विधि, एवं वेरिएबल प्रेशर सॉर्ब्शन विधि आदि शामिल हैं। वायु-विभाजन विधि से ऑक्सीजन उत्पादन की प्रक्रिया में मुख्य रूप से निम्नलिखित चरण शामिल हैं: वायु को अवशोषित करना → कार्बन डाइऑक्साइड अवशोषण टॉवर → कंप्रेसर → कूलर → ड्रायर → फ्रीजर → तरलीकरण विभाजक → तेल विभाजक → गैस भंडारण टैंक → ऑक्सीजन कंप्रेसर → गैस भरना। इसका मूल सिद्धांत यह है कि हवा को तरल रूप में बदलने के बाद, हवा में मौजूद विभिन्न घटकों के क्वथन बिंदुओं में अंतर का उपयोग करके उन्हें अलग-अलग किया जाता है; इस प्रक्रिया से ऑक्सीजन प्राप्त की जाती है। बड़े आकार की ऑक्सीजन उत्पादन इकाइयों के विकास एवं उपयोग से, ऑक्सीजन उत्पादन हेतु आवश्यक ऊर्जा में कमी आई है; साथ ही, नाइट्रोजन, आर्गन एवं अन्य निष्क्रिय गैसों जैसे विभिन्न गैसीय उत्पादों का उत्पादन भी आसान हो गया है। भंडारण एवं परिवहन में सुविधा हेतु, तरलीकरण विभाजक द्वारा अलग किए गए तरल ऑक्सीजन को पंपों की मदद से निम्न तापमान वाले तरल भंडारण टैंकों में भरा जाता है; इसके बाद इसे टैंकरों के माध्यम से विभिन्न गहरे तापमान वाले तरलीकृत गैस भरने वाले स्टेशनों तक पहुँचाया जाता है। तरल नाइट्रोजन एवं तरल आर्गन को भी इसी विधि से संग्रहीत एवं परिवहन किया जाता है। II. नाइट्रोजन
औद्योगिक उद्देश्यों हेतु नाइट्रोजन के उत्पादन हेतु मुख्य विधियों में एयर सेपरेशन विधि, वैक्यूम-अधिशोषण विधि, मेम्ब्रेन-विभाजन विधि एवं दहन विधि आदि शामिल हैं। 　　एयर-सेपरेशन विधि से प्राप्त नाइट्रोजन की शुद्धता उच्च होती है, एवं इसके उत्पादन ट्रांसफॉर्मेशन एडसॉर्प्शन विधि से नाइट्रोजन उत्पादन हेतु 5A कार्बन मोलेक्यूल सीवेज का उपयोग किया जाता है; इसके द्वारा वायु में मौजूद घटकों का चयनात्मक रूप से अवशोषण किया जाता है, जिससे ऑक्सीजन एवं नाइट्रोजन अलग हो जाते हैं एवं नाइट्रोजन प्राप्त होता है। इस विधि से प्राप्त नाइट्रोजन का दबाव अधिक होता है, ऊर्जा-खपत कम होती है, एवं उत्पाद की शुद्धता मानकों के अनुरूप होती है – औद्योगिक नाइट्रोजन में शुद्धता ≥98.5%, जबकि शुद्ध नाइट्रोजन में श तीन, आर्गन – आर्गन, वायुमंडल में पाया जाने वाला सबसे अधिक मात्रा में उपस्थित निष्क्रिय गैस है। इसका उत्पादन मुख्य रूप से “एयर सेपरेशन” विधि द्वारा किया जाता है। ऑक्सीजन निर्माण प्रक्रिया में, -185.9℃ के आसपास के उबलने के तापमान वाले घटकों को तरलीकरण विभाजक से अलग करने पर ही तरल आर्गन प्राप्त होता है। चौथा, कार्बन डाइऑक्साइड – कार्बन डाइऑक्साइड के उत्पादन के मुख्य तरीकों में चूना बनाने की प्रक्रिया में उत्पन्न होने वाला कार्बन डाइऑक्साइड, शराब बनाने की प्रक्रिया में उत्पन्न होने वाला कार्बन डाइऑक्साइड, भारी तेल एवं कोक जैसी चीजों के दहन से उत्पन्न होने वाला कार्बन डाइऑक्साइड, एवं अमोनिया उत्पादन की प्रक्रिया में उत्पन्न होने वाला कार्बन डाइऑक्साइड शामिल हैं। वर्तमान में, सिंथेटिक अमोनिया उद्योग में इसके निर्माण हेतु प्रमुख कच्चे मालों में गैस, रिफाइनरी गैस, कोक ओवन गैस एवं कोयला शामिल हैं। इनका मुख्य घटक विभिन्न हाइड्रोकार्बनों एवं कार्बन तत्व हैं। उच्च तापमान पर, ये पदार्थ जलवाष्प के संपर्क में आकर हाइड्रोजन एवं कार्बन मोनोऑक्साइड से युक्त “सिंथेटिक गैस” बनाते हैं; कार्बन मोनोऑक्साइड बाद में कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तित हो जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड को शुद्ध करने की विधियाँ हैं – अवशोषण विधि, वेरिएबल प्रेशर सॉर्ब्शन विधि, सॉर्ब्शन डिस्टिलेशन विधि, एवं मेम्ब्रेन सेपरेशन विधि। पाँच, अमोनिया – अमोनिया के निर्माण हेतु मुख्य रूप से प्रत्यक्ष संश्लेषण विधि का उपयोग किया जाता है। सिंथेटिक अमोनिया उत्पादन की प्रक्रिया इस प्रकार है: वॉटर-गैस जनरेटर में, गर्म कोक पर हवा एवं जलवाष्प फूँका जाता है; इससे पहले नाइट्रोजन एवं हाइड्रोजन का मिश्रण तैयार होता है। इसके बाद, धोने, ऊष्मा-आदान-प्रदान, कार्बन डाइऑक्साइड को संघनित करने एवं उसे अवशोषित करने जैसी प्रक्रियाओं के द्वारा कच्चा गैस तैयार किया जाता है। शुद्धिकृत मिश्रित गैस को फिल्टर, कूलर, अमोनिया अलगकरने वाले उपकरण एवं हीटर के माध्यम से संश्लेषण रिएक्टर तक पहुँचाया जाता है; वहाँ इसमें से तरल अमोनिया अलग किया जाता है। छह. क्लोरीन – औद्योगिक उद्देश्यों हेतु क्लोरीन का निर्माण मुख्य रूप से संतृप्त लवण जल के विद्युत-विघटन द्वारा किया जाता है। उच्च शुद्धता वाली क्लोरीन गैस, चलनशील धातुओं को तैयार करने हेतु घुलित क्लोराइडों के विद्युत-विघटन द्वारा प्राप्त की जाती है वायु या ऑक्सीजन का उपयोग करके, कार्बनिक संश्लेषण उद्योग में उत्पन्न होने वाले उप-उत्पाद हाइड्रोक्लोरिक एसिड को ऑक्सीकृत किया जा सकता है; इस प्रक्रिया में यह हाइड्रोक्लोरिक एसिड क्लो सातवाँ: एसीटिलीन गैस
एसीटिलीन को प्राप्त करने की मुख्य विधियों में कार्बाइड का जलविघटन, मीथेन या हाइड्रोकार्बनों का उच्च तापमान पर दहन द्वारा विघटन, एवं प्लाज्मा विघटन शामिल हैं। कार्बाइड हाइड्रोलिसिस विधि में प्रक्रिया सरल होती है, उत्पाद की शुद्धता अधिक होती है; लेकिन इसमें ऊर्जा की खपत अधिक होती ह अधिकांश घुलनशील एसिटिलीन उत्पादन हेतु इसी विधि का उपयोग किया जाता ह एसिटिलीन के घुलनशीलता-गुणों के आधार पर, एसिटिलीन गैस को संकुचित करके विलायक में भर दिया जाता है; इसे छिद्रयुक्त भराव सामग्री से भरे हुए स्टील के टैंकों में संग्रहीत किया जाता है। प्रोपेन, एक उत्कृष्ट विलायक के रूप में, स्टील की बोतलों में पदार्थों के साथ मिलकर एसीटिलीन को घोलने एवं उसे मुक्त करने हेतु उपयोग में आता है। इसका कार्य, स्टील की बोतलों की वास्तविक क्षमता को बढ़ाना एवं एसीटिलीन गैस की विस्फोटक क्षमता को कम करना है। कैल्शियम सिलिकेट वाले छिद्रयुक्त पदार्थों का कार्य, प्रोपेन को समान रूप से अवशोषित करना एवं एसीटिलीन के विघटन से होने वाले विस्फोटों को रोकना है। घुलनशील एसिटिलीन गैस सिलेंडरों के उपयोग को बढ़ावा देने से न केवल उपयोग में सुविधा होती है एवं कार्यकुशलता में वृद्धि होती है, बल्कि पर्यावरण भी सुधरता है एवं कार्बाइड की खपत भी कम होती है। हालाँकि, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि सिलेंडरों में मौजूद छिद्रयुक्त पदार्थ को कोई नुकसान या प्रदूषण न पहुँचे। एसिटिलीन गैस भरने हेतु आवश्यक मात्रा में ही अन्य घटकों को भरना चाहिए; ऐसा करने से ही सुरक्षा एवं विश्वसनीयता सुनिश्चित हो प घुलनशील एसिटिलीन उत्पादन हेतु प्रक्रिया इस प्रकार है – कच्ची एसिटिलीन गैस को रासायनिक तरीकों से शुद्ध किया जाता है; इसमें सल्फर, फॉस्फर जैसे अशुद्धियाँ हटा दी जाती हैं। इसके बाद इस गैस को संपीड़ित एवं सूखा करके घुलनशील एसिटिलीन गैस सिलेंडरों में भरा जाता है। आठवाँ: हाइड्रोजन
औद्योगिक उद्देश्यों हेतु हाइड्रोजन उत्पादन की मुख्य विधियाँ हैं – खनिजों के दहन से हाइड्रोजन उत्पन्न करना, जल विद्युत विभाजन द्वारा हाइड्रोजन बनाना, एवं सेमी-वाटर गैस विधि द्वारा हाइड्रोजन प्राप्त करना। जल विद्युत विघटन द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन की विधि विश्वसनीय है; इसका संचालन आसान है, इसकी देखभाल भी आसान है। इस विधि से प्रदूषण नहीं होता, एवं उत्पन्न होने वाले हाइड्रोजन की शुद्धता भी अधिक होती है। हालाँकि, इस विधि में बिजली की खपत अधिक होती है, इसलिए इसकी लागत भी अधिक है। इस कारण इस विधि का उपयोग केवल उन्हीं उपयोगकर्ताओं द्वारा किया जाता है, जिन्हें उच्च शुद्धता वाला हाइड्रोजन चाहिए, एवं लेकिन नई तकनीकों के उपयोग से जल-विद्युत अपघटन तकनीक में सुधार हुआ है, जिससे हाइड्रोजन उत्पादन हेतु आवश्यक लागत में कमी आई है, एवं बिजली की खपत भी कम हो गई है। ऐसे में यह “स्वच्छ ऊर्जा” उत्पादन हेतु सबसे महत्वपूर्ण विधि बन सकती है। वर्तमान में, हाइड्रोजन उत्पादन हेतु जिन विधियों पर अनुसंधान किया जा रहा है, उनमें जल के विद्युत-रासायनिक विघटन द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन, एवं प्रकाश-उत्प्रेरण द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन आदि शाम स्रोत: रसायन विज्ञान 707