Ứng dụng và sản xuất khí công nghiệp

Trong bài viết này, công ty CP Dưỡng khí ĐN xin giới thiệu đến quý khách hàng ứng dụng và việc sản xuất khí công nghiệp cơ bản ( Axetylen, Hydro, Nito, Oxy Argon)

Axetylen được tạo bởi phản ứng hóa học của Canxi cacbua với nước; Hydro được hình thành thông qua điện phân nước; Nito, oxy, argon thì được sản xuất từ không khí thông qua việc chưng cất phân đoạn.

Ứng dụng của khí công nghiệp:

Các loại khí công nghiệp khác nhau được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành nghề lĩnh vực khác nhau, nhưng chủ yếu trong công nghiệp thì tập trung vào nhóm cơ khí, thực phẩm, điện tử. Cụ thể được giới thiệu ngắn gọn như dưới đây

Ứng dụng của khí Axetylen- C2H2

Axetylen chủ yếu được sử dụng trong việc hàn và cắt kim loại

Ứng dụng của khí Hydro- H2

Hydro- H2 chủ yếu được sử dụng trong tinh chế, xử lý kim loại và trong chế biến thực phẩm để làm Margarine ( một loại bơ được làm từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật)

Ứng dụng của khí Nito- N2

Nito có rất nhiều ứng dụng và được dùng rất phồ biến trong công nghiệp

  • Dùng làm môi chất lạnh vì nó được dùng như một loại khí trơ ( thực tế Nito không phải khí trơ). Nó được dùng để làm lạnh trong nhiều quy trình sản xuất công nghiệp trong ngành thực phẩm.
  • Dùng để gia nhiệt xử lý kim loại
  • Dùng làm môi trường bảo vệ vật chất vì nếu không vật chất đó có thể bị oxy hóa ở không khí bình thường. Ví dụ như được bơm vào trong gói bim bim ( snack)
  • Dùng để làm lạnh nhanh các thiết bị công nghiệp. Hoặc dùng làm chất làm đông thực phẩm.

Ứng dụng của khí Oxy- O2

  • Khí oxy được dùng để làm oxy hóa một số thành phần không cần thiết trong thép
  • Dùng trong ngành thực phẩm, ngành y tế
  • Dùng trong hàn cắt oxy- Axetylen.

Ứng dụng của khí Argon- Ar

Argon cũng là một loại khí khó phản ứng hóa học giống như khí Nito nên thường được sử dụng làm môi trường bảo vệ vật chất khỏi bị oxy hóa. Chủ yếu dùng trong hàn cắt kim loại, bảo vệ kim loại nóng khỏi bị oxy hóa.

Sản xuất khí công nghiệp

Việc sản xuất khí công nghiệp sẽ được miêu tả ngắn gọn như bài viết dưới đây. Nhưng trước tiên hãy cùng xem độ tinh khiết của thành phẩm trong bảng này.

Loại khíĐộ tinh khiết (%)Tạp chất
Axetylen99.5NH3, không khí
Hydro99.999O2
Nito99.999Ar, O2
Oxy99.5N2, H2O, Ar, CH4
Argon99.999N2, O2, H2O

Sản xuất khí Axetylen

Axetylen được sản xuất từ phản ứng hóa học giữa nước và canxi cacbua ( CaC2), phản ứng như sau:

CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2

Sản xuất khí axetylen- C2H2

Một bình chứa kín được được bơm đầy canxi cacbua bột, và một dây chuyền di chuyển mang chất rắn này cho vào một lò phản ứng cao ba mét. Phản ứng xảy ra tự phát để trộn khí và khí axetylen được hình thành sẽ đi qua 1 bể nước đến lò chứa khí. Việc bổ sung nước vào lò phản ứng được làm bằng tay. Nếu sản xuất khí trở nên quá nhanh thì người ta làm chậm phản ứng bằng việc thêm nhiều nước, làm giảm nhiệt độ và do đó tốc độ phản ứng. Axetylen chảy từ thùng chứa khí qua một loạt các khay có chứa chủ yếu ferric clorua để loại bỏ các tạp chất như hydrogen sulfide, phosphine và ammonia.

Sau đó khí đi qua bình chứa canxi clorua( CaCl2) khô nhắm hấp thụ nước. Tiếp theo khí được nén đến 20 bar, rồi lại đi qua bình chứa canxi clorua một lần nữa để hấp thụ phần độ ẩm còn sót lại. Cuối cùng nó được chiết nạp vào chai chứa sẵn axeton (C3H6O) để đảm bảo an toàn trong lưu trữ, vận chuyển và sử dụng.

Phần bã dư thừa sau phản ứng ( Ca(OH)2) sẽ được bên môi trường xử lý. Bã này đôi khi có thể được sử dụng để làm giảm độ PH của nước.

Sản xuất khí Hydro- H2

Hydrogen được sản xuất bằng điện phân nước. Nước được sử dụng trước tiên được chưng cất và sau đó đi qua một số cột trao đổi ion để loại bỏ các chất gây ô nhiễm chất khoáng. Nước sau đó được bơm vào các ngăn điện phân có chứa kali hydroxit. Các hydroxit hoạt động như một chất điện phân vì vậy nó không bị tiêu hao, do đó, trong khi các ngăn cần phải liên tục được cấp nước thì hiếm khi cần thêm hydroxit.
Sự điện phân xảy ra ở điện áp thấp nhưng điện thế tương đối cao trong bể chứa bằng thép có điện cực nickel plated trong dung dịch với trọng lượng riêng 1,225
Hai loại khí này được thu gom trong các đường ống riêng. Oxy chỉ đơn giản là thông hơi khí quyển, trong khi hydro được xử lý thêm. Nó được nén đến 172 bar và làm nóng đến 90oC (nén chỉ tự nó nóng lên khoảng 70oC) và truyền qua hỗn hợp palladium và alumina. Bất kỳ tạp chất oxy được xúc tác giảm xuống nước, nhưng khí có nhiệt độ đủ cao để ngăn chặn việc ngưng tụ này và khử hoạt chất xúc tác.
Khí này sau đó được làm khô trên một hỗn hợp alumina và silica gel sau đó đi qua một bộ lọc khí,nén và bơm vào bình hoặc thùng chứa.

Chưng cất phân đoạn không khí để sản xuất khí công nghiệp

Thành phần chủ yếu của không khí thường trong môi trường chúng ta đang sống là khí Nito và oxy. Ngoài ra còn có các khí hiếm và một số hỗn hợp khí khác. Nito, Oxy và Argon chủ yếu được tách ra dựa vào điểm sôi khác nhau và các tạp chất khác đều được loại bỏ trước khi đem đi phân phối sử dụng.

Loại khí% thể tíchĐiểm sôi (°C)
Nito- N278.08-196
Oxy- O220.95-183
Argon- Ar0.93-186
Cacbon đi ô xít- CO20.035-78
Neon- Ne0.00182-246
Heli- He0.00052-269
Krypton- Kr0.00011-152
Xenon- Xe0.00009-108
Hydro- H20.00005-253
Nito oxit- N2O0.00005-88
Nước- H2Olên đến 4100

 

Việc tách khí chủ yếu gồm hóa lỏng không khí, sau đó là chưng cất phân đoạn. Nito có điểm sôi thấp nên dễ bay hơi hơn Oxy và Argon. Hơi nước và CO2 cần được loại bỏ, và Oxy cũng cần được loại ra khỏi hỗn hợp khí. Còn những tạp chất còn lại thì không cần vì hàm lượng của nó rất ít và nó lại là khí trơ. Vài nguyên lý cơ bản được liệt kê như sau:

• Khi nén không khí lại, nó trở nên nóng hơn.
• Khi khí nén được khuếch đại qua và van mở, nó trở nên mát hơn.
• Khi không khí được khuếch đại trong tua bin, nó hoạt động trên các rotor và làm nguội nhanh gấp mười lần so với sự khuếch đại thông thường
• Khi một hỗn hợp của chất lỏng cân bằng với dạng khí của nó,khí trên chất lỏng giàu hơn đối với các loại khí dễ bay hơi hơn (nghĩa là chất lỏng có độ sôi thấp hơn thì hóa hơi nhiều hơn).
• Điểm sôi của chất lỏng thấp hơn ở áp suất thấp hơn.

sản xuất khí công nghiệp

Tại các nhà máy sản xuất khí công nghiệp, không khí được thu từ bầu khí quyển và đi qua hàng loạt các giai đoạn nén làm tăng áp suất lên khoảng 6 bar như đẳng nhiệt càng tốt, nhiệt độ cuối cùng là ~ 30oC. Để giữ nhiệt độ giảm, không khí được truyền qua máy làm mát nước sau mỗi chu kỳ nén ba vòng đầu tiên. Sau giai đoạn thứ 5 khí nén đi qua một bộ làm mát trực tiếp, nghĩa là nó tiếp xúc với nước làm mát. Sau đó nó đi qua một bộ trao đổi nhiệt có thể đảo ngược của một thiết kế tổ ong nơi mà chất làm mát, chảy trong một ống khác và ngược lại, là khí nitơ lạnh ở -167 o C và áp suất 0,5 atm từ cột phân tách. Nhiệt độ không khí tại điểm giữa là ~ -105oC và -165oC khi nó xuất hiện. Trong quá trình này carbon dioxide và hơi nước bị đóng băng từ luồng không khí vào bề mặt lạnh. Để ngăn chặn băng này làm tắc đường ống thì dòng chảy được đảo ngược mỗi 12 phút, nghĩa là dòng nitơ lạnh chảy thông qua đường ống dẫn không khí và ngược lại. Dòng chảy Nitơ áp suất thấp loại bỏ băng và chất rắn CO2.
Hỗn hợp khí nén tiếp theo đi vào khối trao đổi nhiệt chính. Khối này có ống cho một số dòng khí khác nhau. Chất làm mát của khối này là chất thải N2 và O2 từ phân tách cột và 10% dòng không khí được lấy từ gần đáy của cột phân đoạn thấp hơn. Dòng khí 10% thoát ra từ bộ trao đổi nhiệt chính đi qua tua bin giãn nở và làm lạnh đến -162 o C bằng cách làm việc trên cánh quạt rotor khi nó trải qua một áp suất giảm từ 6 đến 0.5 atm. Tuabin này điều khiển máy phát và điện được đưa trở lại lưới điện quốc gia. Điều này tiếp tục làm mát không khí sau đó trở lại với trao đổi nhiệt.
Sau khi đi qua bộ trao đổi nhiệt, không khí đã được làm mát đến ngay trên điểm sương và đi vào đáy của cột phân đoạn đầu tiên và phân đoạn thấp hơn.

Chưng cất phân đoạn khí công nghiệp

Không khí lỏng được chưng cất phân đoạn để tách nitơ theo nguyên tắc thứ 4 đã đề cập trước đó. Bộ phận tách không khí bao gồm hai cột (thấp hơn và trên), trong đó một số lượng lớn các chưng cất liên tiếp và ngưng tụ có thể được thực hiện trên cơ sở liên tục. Các cột chứa một loạt các khay kim loại ngang, mỗi hộp chứa một số lỗ nhỏ và hai đường ống dẫn đến khay dưới đây. Chất lỏng được giữ trên các khay trong khi bọt khí bốc lên qua các lỗ với vận tốc đủ để ngăn không cho chất lỏng nhỏ lại. Hơi đưa vào khay từ bên dưới là nóng hơn chất lỏng trên khay, với kết quả là một số hơi ngưng tụ và một số hơi nước bốc hơi và tăng lên khay phía trên.
Hơi bay hơi từ mỗi khay là giàu hơn ni tơ so với chất lỏng còn lại.
Do đó, khi chúng tôi tiến hành các cột cả các pha lỏng và hơi trở nên phong phú trong nitơ, trong khi nồng độ oxy tăng lên về phía dưới của cột.
Các cột dưới cùng với ~ 25 khay hoạt động ở sáu áp lực khí quyển và sản lượng chất lỏng tại đáy ở nhiệt độ -180oC có chứa oxy từ 30 đến 35%. Đây là chạy trốn, thông qua thông qua một van mở rộng gây ra một áp lực giảm xuống 0.4 atmospheres và chạy vào phía trên cột với ~ 75 khay khoảng hai phần ba đường lên. Gần như thuần khiết oxy lỏng thu được tại đáy của cột trên ở -180 o C. Chất lỏng này được chia bởi các bức tường mỏng từ đầu của cột dưới. Bởi vì cột dưới được chạy ở áp suất cao hơn nhiệt độ này là đủ thấp để ngưng tụ ni tơ khí ở đầu cột dưới kể từ lúc sáu khí quyển áp suất điểm sôi của nitơ là -177oC (nguyên lý 5). Do đó chất lỏng nitơ có chứa <10 vpm2 oxy được thải ra ở đầu cột dưới và nhiệt trao đổi nguyên nhân gây ôxy tăng lên trên cột. Một số ni tơ lỏng này chạy ra để lưu trữ trong khi phần còn lại đi qua một van mở rộng vào phía trên của trên cột. Nitơ khí liên tục rút khỏi đỉnh của cột này tại -193oC, được sử dụng trong các bộ trao đổi nhiệt như mô tả trước đây và sau đó thải ra
không khí.
Nhà máy sản sinh oxy ở độ tinh khiết rất cao, trong khi một lượng nhỏ oxy ban đầu trong không khí đi vào chất thải với nitơ. Nếu một cột giai đoạn duy nhất được sử dụng, 40% oxy sẽ bị mất. Oxy sau đó được loại bỏ khỏi dòng argon bằng phản ứng xúc tác Pd với hydro, và sau đó độ ẩm từ quá trình này được lấy ra với alumina đã sẵn sàng để chiết nạp vào chai.

Ứng dụng và sản xuất khí công nghiệp
Đánh giá bài viết này

Bình luận bài viết