تولید اکسیژن با خلوص 99.8 درصد

تولید اکسیژن با خلوص 99.8 درصد
مقدمه

اکسیژن، دومین عنصر فراوان در پوسته زمین و یکی از ضروری‌ترین گازهای مورد استفاده در صنعت و پزشکی است. این گاز بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌طعم نقش حیاتی در فرایندهای احتراق، تولید انرژی، صنایع فولاد، شیشه‌سازی، پتروشیمی و درمان‌های تنفسی دارد. با توجه به گسترش فعالیت‌های صنعتی و نیاز بیمارستان‌ها به گازهای تنفسی با خلوص بالا، تولید اکسیژن با خلوص ۹۹٫۹۸ درصد به یکی از بخش‌های کلیدی صنعت گاز تبدیل شده است.

اهمیت خلوص در اکسیژن تولیدی

خلوص اکسیژن به‌معنای میزان درصد گاز اکسیژن در ترکیب نهایی است. هرچه خلوص بالاتر باشد، ناخالصی‌هایی مانند نیتروژن، دی‌اکسیدکربن، رطوبت و گازهای دیگر کمتر خواهند بود. در صنایع حساس نظیر پزشکی، داروسازی و نیمه‌هادی‌ها، استفاده از اکسیژن با خلوص بالا الزامی است.
اکسیژن با خلوص ۹۹٫۸ درصد به‌دلیل پایداری، ایمنی و راندمان بالا، انتخاب اول بسیاری از صنایع پیشرفته محسوب می‌شود.

اصول تولید اکسیژن از هوا

هوای اطراف ما شامل حدود ۷۸٪ نیتروژن، ۲۱٪ اکسیژن و کمتر از ۱٪ گازهای دیگر مانند آرگون، دی‌اکسیدکربن و بخار آب است. فرآیند تولید اکسیژن خالص در واقع جداسازی این اجزا از یکدیگر است.
سه روش اصلی برای تولید اکسیژن صنعتی وجود دارد:

۱. جداسازی کرایوژنیک (Cryogenic Air Separation)

قدیمی‌ترین و دقیق‌ترین روش برای تولید اکسیژن با خلوص بسیار بالا، فرآیند جداسازی در دمای پایین یا کرایوژنیک است. در این روش، هوا ابتدا فشرده و سپس در دمای حدود منفی ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد سرد می‌شود تا مایع گردد. سپس با استفاده از تقطیر جزء به جزء، اجزای هوا بر اساس نقطه جوش جدا می‌شوند.
اکسیژن مایع در این دما از نیتروژن و آرگون جدا شده و در نهایت به‌صورت گاز یا مایع خالص ذخیره می‌شود.
ویژگی‌های این روش:

دستیابی به خلوص بالاتر از ۹۹٫۸٪

مناسب برای تولید در حجم‌های زیاد

امکان تولید هم‌زمان نیتروژن و آرگون

نیاز به تجهیزات بزرگ و هزینه اولیه بالا

۲. فناوری جذب نوسانی فشار (PSA)

روش PSA (Pressure Swing Adsorption) بر اساس خاصیت جذب انتخابی گازها کار می‌کند. در این فناوری، هوای فشرده از بسترهای جاذب حاوی زئولیت عبور داده می‌شود. زئولیت‌ها تمایل زیادی به جذب نیتروژن دارند، اما اکسیژن را عبور می‌دهند.
در دو برج متناوب، یکی در حالت جذب و دیگری در حالت بازسازی قرار دارد تا فرآیند به‌صورت مداوم انجام شود.
خلوص حاصل از این روش معمولاً بین ۹۳ تا ۹۹٫۸ درصد است. با کنترل دقیق فشار، زمان سیکل و کیفیت زئولیت، می‌توان به بالاترین سطوح خلوص دست یافت.
مزایا:

راه‌اندازی سریع

مصرف انرژی کمتر نسبت به کرایوژنیک

هزینه سرمایه‌گذاری پایین‌تر

مناسب برای بیمارستان‌ها و کارخانه‌های متوسط

۳. الکترولیز آب

در این روش، با عبور جریان برق از آب مقطر، مولکول‌های آب به اکسیژن و هیدروژن تجزیه می‌شوند. هرچند ظرفیت تولید در این سیستم‌ها کمتر است، اما خلوص گاز تولیدی می‌تواند تا ۹۹٫۹۹ درصد برسد. این روش برای تولید اکسیژن در آزمایشگاه‌ها و صنایع دارویی کاربرد دارد.

مراحل تولید اکسیژن با خلوص 99.8٪

فرایند تولید اکسیژن خالص ترکیبی از فناوری، کنترل دقیق و تجهیزات باکیفیت است. مراحل اصلی به‌صورت زیر است:

فشرده‌سازی هوا: هوای محیط توسط کمپرسورهای بدون روغن (Oil-free) تا فشار ۷ تا ۱۰ بار فشرده می‌شود.

تصفیه اولیه: فیلترها و خشک‌کن‌ها ذرات معلق، رطوبت و بخارات روغن را حذف می‌کنند.

جداسازی گازها: در سیستم PSA یا کرایوژنیک، نیتروژن و سایر گازها از اکسیژن جدا می‌شوند.

پالایش نهایی: اکسیژن عبوری از فیلترهای کربنی یا جاذب‌های مخصوص، از هرگونه ناخالصی نهایی پاک می‌شود.

ذخیره و توزیع: اکسیژن خالص در مخازن استیل ضدزنگ ذخیره و از طریق لوله‌کشی یا سیلندرها به مصرف‌کنندگان منتقل می‌شود.

تجهیزات کلیدی در واحد تولید اکسیژن

برای دستیابی به خلوص ۹۹٫۹۸٪، وجود تجهیزات دقیق و باکیفیت الزامی است. برخی از مهم‌ترین اجزای واحد تولید شامل:

کمپرسور هوا: فشرده‌سازی اولیه با کنترل دما و فشار

خشک‌کن و فیلتر چندمرحله‌ای: حذف رطوبت و آلودگی‌های میکروسکوپی

برج‌های PSA یا ستون تقطیر: جداسازی نیتروژن و اکسیژن

سیستم کنترل PLC: مدیریت خودکار فرآیند و پایش خلوص

تانک‌های ذخیره: نگهداری ایمن گاز تحت فشار

دستگاه شارژ سیلندر: پرکردن سیلندرهای اکسیژن با فشار استاندارد (150 تا 200 بار)

کنترل کیفیت و آزمون خلوص

اکسیژن تولیدی قبل از عرضه، باید از نظر کیفیت، خلوص، رطوبت و ترکیب گازی مورد آزمایش قرار گیرد. برخی آزمون‌های مرسوم عبارتند از:

کروماتوگرافی گازی (GC): برای اندازه‌گیری دقیق درصد خلوص

آنالیز نقطه شبنم: بررسی رطوبت گاز

اندازه‌گیری دی‌اکسیدکربن و نیتروژن باقی‌مانده
استانداردهای مرجع مانند ISO 2046 و EN 12021 معیار تأیید کیفیت اکسیژن صنعتی و پزشکی هستند.

کاربردهای اکسیژن با خلوص بالا

اکسیژن با خلوص ۹۹٫۹۸ درصد در حوزه‌های گوناگون صنعتی و درمانی کاربرد دارد:

صنایع فولاد و فلزات: افزایش دمای احتراق و کاهش مصرف سوخت

پتروشیمی و پالایشگاه‌ها: بهبود واکنش‌های شیمیایی و اکسیداسیون

تولید شیشه و سرامیک: تسریع ذوب مواد اولیه و افزایش شفافیت محصول

پزشکی و بیمارستان‌ها: تنفس بیماران، اتاق‌های ایزوله و دستگاه‌های اکسیژن‌ساز

صنایع غذایی: بسته‌بندی تحت گاز برای حفظ تازگی محصولات

نکات ایمنی در کار با اکسیژن خالص

اکسیژن خود قابل اشتعال نیست، اما فرآیند احتراق را به‌شدت تقویت می‌کند. رعایت نکات ایمنی زیر ضروری است:

عدم استفاده از مواد چرب یا روغنی در مجاورت اکسیژن

استفاده از تجهیزات مخصوص گاز اکسیژن (برنجی یا استیل ضدزنگ)

تهویه مناسب در محل نگهداری سیلندرها

آموزش کارکنان در زمینه حمل و نقل و شارژ ایمن گازها

ملاحظات زیست‌محیطی

در فناوری‌های جدید تولید اکسیژن، تلاش بر آن است که مصرف انرژی و اثرات زیست‌محیطی به حداقل برسد. سیستم‌های PSA جدید بدون استفاده از مواد شیمیایی و با حداقل آلایندگی عمل می‌کنند. در روش کرایوژنیک نیز گازهای جانبی مانند نیتروژن و آرگون قابل بازیافت هستند و به کاهش هدررفت انرژی کمک می‌کنند.

تحلیل اقتصادی تولید اکسیژن خالص

سرمایه‌گذاری در تولید اکسیژن با خلوص بالا، در عین پرهزینه بودن تجهیزات اولیه، بازده اقتصادی قابل‌توجهی دارد.
عوامل مؤثر در هزینه تمام‌شده عبارتند از:

قیمت برق و انرژی مصرفی

هزینه تعمیر و نگهداری تجهیزات

بازدهی سیستم PSA یا کرایوژنیک

میزان تولید روزانه و ظرفیت مخازن
با رشد صنایع فولاد، شیمیایی و بهداشتی، تقاضا برای اکسیژن خالص در ایران و جهان در حال افزایش است و این امر باعث رونق بازار تأمین‌کنندگان گاز صنعتی شده است.

آینده فناوری تولید اکسیژن

تحقیقات جدید بر بهبود راندمان سیستم‌های PSA، افزایش عمر زئولیت‌ها و کاهش مصرف انرژی متمرکز است. همچنین فناوری‌های هیبریدی (ترکیب PSA و غشایی) و تولید اکسیژن از طریق پیل‌های الکترولیتی نسل جدید در حال گسترش هستند.
در آینده نزدیک، سیستم‌های تولید اکسیژن هوشمند با قابلیت کنترل از راه دور و بهینه‌سازی مصرف انرژی جایگزین مدل‌های سنتی خواهند شد.

نتیجه‌گیری

تولید اکسیژن با خلوص ۹۹٫۸ درصد فرایندی پیچیده، دقیق و چندمرحله‌ای است که به فناوری‌های پیشرفته، کنترل کیفی مداوم و رعایت الزامات ایمنی نیاز دارد.
این گاز حیاتی نقشی کلیدی در پیشرفت صنایع، بهبود سلامت انسان و حفظ محیط زیست ایفا می‌کند. استفاده از سیستم‌های مدرن PSA و کرایوژنیک، امکان تولید پایدار و اقتصادی اکسیژن خالص را فراهم کرده است.
با توجه به رشد مداوم صنایع و فناوری‌های نوین، آینده تولید اکسیژن در ایران روشن و رو به گسترش است — آینده‌ای که در آن خلوص، پایداری و کیفیت، معیار اصلی توسعه خواهد بود.