כיצד נוצרים גזים תעשייתיים

1. חומרי גלם לייצור גזים תעשייתיים
- חומרי הגלם לייצור גזים תעשייתיים מגיעים ממגוון רחב של מקורות. ניתן להשיג גזים תעשייתיים רבים מהאוויר, כמו חמצן, חנקן וארגון. אוויר הוא מאגר חומר גלם טבעי, שמתוכו חנקן מהווה כ-78%, חמצן מהווה כ-21%, וארגון מהווה כ-0.93%. ניתן להשיג גזים אלו על ידי הפרדת אוויר באמצעות פעולות טכניות.
- בנוסף, חלק מהגזים התעשייתיים מגיעים גם מתגובה של חומרים כימיים. לדוגמה, ניתן לייצר מימן על ידי אלקטרוליזה של מים, כאשר מים (\(H_2O\)) מתפרקים למימן (\(H_2\)) ולחמצן (\(O{{ 3}}\)) כאשר מופעל חשמל. קיים גם גז פחמן דו חמצני, שניתן לאסוף מגז פסולת בתהליך הייצור הכימי או לקבלו על ידי סידוד אבן גיר (\(CaCO_3\)), כאשר הנוסחה הכימית היא \(CaCO_3 \stackrel{温度}{=\!=\!=} CaO+CO_2↑\).

2. שיטות נפוצות לייצור גזים תעשייתיים
1. ייצור חמצן
- השיטה הנפוצה ביותר היא הפרדת אוויר. ראשית, יש לדחוס ולקרר את האוויר כדי להזיל אותו. לאחר מכן, השתמש בנקודות הרתיחה השונות של גזים כגון חמצן וחנקן לחלוקה. נקודת הרתיחה של חמצן היא -183 מעלות, ונקודת הרתיחה של חנקן היא -196 מעלות. על ידי הגדלת הטמפרטורה בהדרגה, החנקן מתאדה תחילה, והנותר הוא בעיקר חמצן נוזלי. שיטה זו יכולה לייצר חמצן בקנה מידה גדול כדי לענות על הצרכים של היבטים רבים כגון תעשייה ורפואה.
- ניתן לייצר חמצן גם בשיטות כימיות. לדוגמה, מי חמצן (\(H_2O_2\)) מתפרק לחמצן ומים תחת הפעולה הקטלטית של מנגן דו חמצני (\(MnO_2\)), וה- משוואה כימית היא \(2H_2O_2\stackrel{MnO_2}{=\!=\!=}2H{{12} }O + O_2↑\). עם זאת, שיטה כימית זו מתאימה יחסית לייצור בקנה מידה קטן של חמצן ונמצאת בשימוש נרחב במעבדות ובתרחישים אחרים.
2. ייצור חנקן
- גם על בסיס שיטת הפרדת האוויר, לאחר שהאוויר מנוזל, מופרד חנקן בזיקוק על פי המאפיין שנקודת הרתיחה של החנקן נמוכה מזו של החמצן. טוהר החנקן המיוצר בשיטה זו יכול להגיע לרמה גבוהה מאוד, שיכול לעמוד בתרחישי היישום עם דרישות גבוהות במיוחד לטוהר החנקן בתעשיית האלקטרוניקה.
- בכמה תהליכי ייצור כימיים, חנקן נוצר גם על ידי תגובות לוואי. לדוגמה, ניתן לפרק אמוניה (\(NH_3\)) לחנקן ומימן בתנאים מסוימים, ומשוואת התגובה היא \(2NH_3 \stackrel{תנאים מסוימים}{{{4 }}\!=\!=} N_2+3H_2\), אך שיטה זו אינה השיטה העיקרית להפקת חנקן.
3. ייצור מימן
- אלקטרוליזה במים שהוזכרה לעיל היא שיטה חשובה. תחת פעולת זרם ישר, מים מתפרקים למימן ולחמצן. המימן המיוצר בשיטה זו הוא בטוהר גבוה, אך צריכת החשמל גדולה יחסית.
- שיטת הרפורמציה של גז טבעי (המרכיב העיקרי הוא מתאן\(CH_4\)) נמצאת בשימוש נרחב גם בתעשייה לייצור מימן. מתאן מגיב עם אדי מים בטמפרטורה גבוהה וזרז, והמשוואה הכימית היא \(CH_4 + H_2O\stackrel{טמפרטורה גבוהה, זרז}{=\!{{5 }}\!=}CO+3H_2\). לאחר סדרה של שלבי טיהור והפרדה, מתקבל מימן טהור.

3. בקרת איכות בייצור גז תעשייתי
- בקרת איכות חיונית בתהליך של ייצור גז תעשייתי. ראשית, יש לבצע בדיקה קפדנית של חומרי הגלם על מנת לוודא שטוהר ואיכות חומרי הגלם עומדים בדרישות. לדוגמה, כאשר אוויר מופרד לייצור חמצן וחנקן, אם יש יותר מדי זיהומים באוויר, טוהר המוצר הסופי ייפגע.
- בתהליך הייצור יש לשלוט במדויק על תנאי התגובה. לדוגמה, כאשר מימן מיוצר בשיטות כימיות, יש לשלוט במדויק על גורמים כמו טמפרטורה, לחץ ושימוש בזרזים כדי להבטיח את יעילות התגובה ואת טוהר המוצר. במקביל, יש גם לתחזק ולבדוק באופן שוטף את ציוד הייצור כדי למנוע הזדקנות ציוד, נזילות ובעיות נוספות להשפיע על איכות הגז. לאחר ייצור המוצר, נדרשת בדיקות איכות קפדניות. פריטי הבדיקה כוללים טוהר הגז, תכולת הטומאה וכו'. רק גזים תעשייתיים העומדים בתקני איכות יכולים להיכנס לשוק למכירה ויישום.