روش‌ها و اصول رایج جداسازی گازها در صنعت

Thread Content

روش‌ها و اصول رایج جداسازی گازها در صنعت گازهای مورد استفاده رایج در صنعت شامل اکسیژن، نیتروژن، آرگون، دی‌اکسید کربن، آمونیا مایع، کلر مایع، استیلن و هیدروژن می‌باشد. روش‌های تولید گازهای صنعتی بسیار است و در ادامه، به طور خلاصه به برخی از روش‌های رایج تولید اشاره می‌شود. ۱. اکسیژن روش‌های اصلی تولید اکسیژن صنعتی عبارتند از روش تقطیر و جداسازی مایع سازی هوا (که به اختصار روش تقطیر هوا نامیده می‌شود)، روش الکترولیز آب و روش جذب تحت فشار متغیر. فرآیند تولید اکسیژن با روش جداسازی مولکولی، به طور کلی شامل مراحل زیر است: جذب هوا → برج جذب دی‌اکسید کربن → کمپرسور → خنک‌کننده → خشک‌کن → فریزر → جداکننده مایع‌سازی → جداکننده روغن → مخزن گاز → کمپرسور اکسیژن → پر کردن گاز. اصل کار آن این است که هوا را مایع کرده، سپس با استفاده از تفاوت نقاط جوش اجزای مختلف هوا، در دستگاه جداسازی و تقطیر، اکسیژن تولید شود. تحقیق، توسعه و به‌کارگیری واحدهای بزرگ تولید اکسیژن، منجر به کاهش مداوم مصرف انرژی در تولید اکسیژن شده است و همچنین تولید چندین محصول حاصل از جداسازی گازها (مانند نیتروژن، آرگون و سایر گازهای بی‌فعال) را آسان کرده است. برای تسهیل نگهداری و حمل‌ونقل، اکسیژن مایعی که توسط دستگاه تفکیک مایع‌سازی جدا شده است، با پمپ به مخازن نگهداری مایعات سرد منتقل می‌شود و سپس با کامیون‌های مخصوص به ایستگاه‌های مختلف برای پر کردن گازهای فشرده در دماهای پایین ارسال می‌گردد. نیتروژن مایع و آرگون مایع نیز با این روش ذخیره و حمل می‌شوند. ۲. نیتروژن روش‌های اصلی تولید نیتروژن صنعتی عبارتند از روش جداسازی با فشار مختلف، روش جذب تحت فشار متغیر، روش جداسازی با غشا و روش احتراق. 　　نیتروژن تولیدشده با روش جداسازی گازی، خلوص بالایی دارد و مصرف انرژی آن کم است. فناوری تولید نیتروژن با روش جذب تغییر فشار، از الکلای مولکولی کربنی 5A برای جذب انتخابی اجزای موجود در هوا استفاده می‌کند تا اکسیژن و نیتروژن از یکدیگر جدا شده و نیتروژن تولید شود. فشار محصول نیتروژن بالا بوده و مصرف انرژی آن کم است؛ خلوص محصول نیز می‌تواند به استانداردهای مورد نظر برسد: نیتروژن صنعتی ≥۹۸٫۵٪ و نیتروژن خالص ≥۹۹٫۹۵٪. سوم، گاز آرگون: گاز آرگون، فراوان‌ترین گاز خنثی در جو است و روش اصلی تولید آن، روش جداسازی در فضای هواست. در فرآیند تولید اکسیژن، گازی که نقطه جوش آن حدود -۱۸۵.۹ درجه سانتی‌گراد است، از دستگاه تفکیک مایعات جدا شده و به این ترتیب آرگون مایع به دست می‌آید. چهارم، دی‌اکسید کربن: روش‌های اصلی تولید دی‌اکسید کربن عبارتند از: تولید دی‌اکسید کربن به عنوان محصول جانبی در فرآیند تولید آهک، تولید دی‌اکسید کربن در فرآیند تخمیر برای تولید الکل، تولید دی‌اکسید کربن در اثر سوختن نفت سنگین و کک، و همچنین دی‌اکسید کربن به عنوان محصول جانبی در صنعت تولید آمونیاک. در حال حاضر، مواد اولیه صنعت تولید آمونیاک عمدتاً شامل گازهای سوختی، گازهای پالایشگاهی، گازهای کوره‌های کوک و زغال‌سنگ است. اجزای اصلی این مواد، هیدروکربن‌هایی با نسبت‌های مختلف هیدروژن به کربن و کربن خالص هستند؛ این مواد در دماهای بالا با بخار آب واکنش داده و گاز سنتزی را تولید می‌کنند که عمدتاً از هیدروژن و کربن مونوکسید تشکیل شده است. کربن مونوکسید نیز در ادامه به دی‌اکسید کربن تبدیل می‌شود. روش‌های تصفیه دی‌اکسید کربن عبارتند از: روش جذب، روش جذب تحت فشار متغیر، روش تقطیر جذبی و روش جداسازی با غشا. ۵. آمونیاک: روش اصلی تولید آمونیاک، روش سنتز مستقیم است. فرآیند تولید آمونیاک سنتزی به این صورت است: در کوره تولید گاز آبی، هوا و بخار آب به روی کک داغ پمپاژ می‌شود؛ ابتدا گاز مخلوطی از نیتروژن و هیدروژن تولید می‌شود، سپس از طریق فرآیندهایی مانند شستشو، تبادل حرارتی، تغلیظ دی‌اکسید کربن و جذب دی‌اکسید کربن، گاز مورد نیاز برای تولید آمونیاک تهیه می‌گردد. گاز مخلوط تصفیه‌شده از طریق فیلتر، خنک‌کننده، جداکننده آمونیاک و گرمکن به راکتور سنتز ارسال شده و در آنجا آمونیاک مایع از طریق جداکننده جدا می‌شود. ششم، گاز کلر: روش اصلی تولید گاز کلر مورد استفاده در صنعت، الکترولیز آب نمک اشباع است. گاز کلر با خلوص بالاتر، هنگام تهیه فلزات فعال از طریق الکترولیز کلریدهای مذاب به دست می‌آید. با استفاده از هوا یا اکسیژن، هیدروکلرید که یک محصول جانبی در صنعت سنتز آلی است، می‌تواند اکسید شده و به گاز کلر تبدیل شود. هفتم، گاز استیلن: روش‌های اصلی تولید استیلن عبارتند از روش هیدرولیز کربنات کلسیم، روش شکستن متان یا هیدروکربن‌ها در دمای بالا، و روش پلاسما. فرآیند هیدرولیز کربنات کلسیم، مسیر فرآوری کوتاهی دارد و خلوص محصول بالاست، اما مصرف انرژی آن زیاد است. اکثر تولیدات استیلن محلول از این روش استفاده می‌کنند. بر اساس ویژگی‌های حلالیت استیلن، گاز استیلن فشرده شده و در حلال ریخته می‌شود و سپس در مخزن‌های فولادی که پر از مواد متخلخل هستند، نگهداری می‌گردد. بروموتون، به عنوان یک حلال بسیار خوب، درون مخازن فولادی جذب شده و برای حل و آزادسازی استیلن استفاده می‌شود؛ نقش آن افزایش حجم مؤثر مخزن فولادی و کاهش خاصیت انفجاری گاز استیلن است. عملکرد کلی پرکننده‌های متخلخل کلسیوم سیلیکات، جذب یکنواخت بوتان و جلوگیری از گسترش انفجار ناشی از تجزیه استیلن است. ترویج استفاده از بطری‌های گاز استیلن محلول، هم استفاده را آسان‌تر و بهره‌وری کاری را افزایش می‌دهد، هم محیط زیست را بهبود بخشیده و مصرف کربنات کلسیم را کاهش می‌دهد؛ اما باید اطمینان حاصل شود که پرکننده‌های متخلخل درون بطری آسیب یا آلودگی نمی‌بینند، و مقدار حلال بوتان نیز باید برای پر کردن بطری با گاز استیلن کافی باشد تا ایمنی و قابلیت اطمینان حفظ شود. فرآیند تولید و پر کردن بطری‌های استیلن محلول به این صورت است: گاز استیلن خام پس از تصفیه شیمیایی برای حذف ناخالصی‌هایی مانند گوگرد و فسفر، سپس تحت فشار و خشک‌سازی قرار گرفته و در بطری‌های استیلن محلول ریخته می‌شود. هشتم، هیدروژن: روش‌های اصلی تولید هیدروژن صنعتی عبارتند از: تولید هیدروژن از طریق احتراق مواد معدنی، تولید هیدروژن از طریق الکترولیز آب، و تولید هیدروژن از طریق روش گاز نیمه‌آبی. روش تولید هیدروژن از طریق الکترولیز آب، از نظر فنی قابل اعتماد است؛ عملیات آن ساده، نگهداری آن آسان و هیچ آلاینده‌ای تولید نمی‌کند. همچنین، خلوص هیدروژن تولید شده بالاست. تنها مشکل این روش، مصرف بالای انرژی الکتریکی و هزینه‌های بالاتر آن است که مانعی برای گسترش تولید می‌شود. این روش عمدتاً برای تأمین هیدروژن با خلوص بالا به کاربرانی استفاده می‌شود که میزان مصرف هیدروژن آن‌ها چندان زیاد نیست. اما با استفاده از فناوری‌های جدید، پیشرفت در فناوری الکترولیز آب صورت گرفت و هزینه تولید هیدروژن از طریق الکترولیز آب به طور مداوم کاهش یافت؛ همچنین مصرف برق نیز کمتر شد. این روش، امیدوارکننده است تا به مهم‌ترین روش تولید «انرژی پاک» تبدیل شود. در حال حاضر، روش‌هایی که برای تولید هیدروژن مورد مطالعه و توسعه قرار گرفته‌اند عبارتند از: تولید هیدروژن از طریق تجزیه الکتروشیمیایی آب، و تولید هیدروژن با استفاده از فرآیندهای فتوکاتالیستی. منبع: شیمی صنعتی ۷۰۷