اکسیژن حدود ۲۱٪ از هوای زمین را تشکیل میدهد. در شرایط معمولِ جوّی، اکسیژن همیشه به شکل گاز است و بیبو، بیرنگ و بیمزه محسوب میشود. از نظر شیمیایی مادهای بسیار واکنشپذیر و یک عامل اکسیدکننده است؛ یعنی با تقریباً همهی عناصر واکنش میدهد (بهجز گازهای نجیب/بیاثر) و معمولاً اکسید میسازد. اکسیژن بخش بزرگی از مواد زمین را هم تشکیل میدهد؛ حتی گفته میشود نزدیک به نصف پوسته زمین از ترکیبات اکسیژندار تشکیل شده است. از نظر جرمی هم اکسیژن را سومین عنصر فراوان در جهان در نظر میگیرند. مهمترین کاربردهای اکسیژن شامل پزشکی، داروسازی، آبزیپروری، تولید ازن، شیشهگری، کاهش NOx در مشعلها، لیچینگ (استخراج) با اکسیژن، جوشکاری و برشکاری، تولید فولاد و فلزات، صنایع شیمیایی، تصفیه آب و فاضلاب، سیستمهای پشتیبانی حیات و حتی پیشران موشکها میشود.
اکسیژن صنعتی یا پزشکی معمولاً به دو روش اصلی تولید میشود:
در روش PSA اکسیژن از هوای محیط جدا میشود و میتواند خلوصهای مختلفی تولید کند. خلوص رایج اکسیژن خروجی PSA معمولاً حدود ۹۰٪ تا ۹۵٪ است.
نکته اقتصادی مهم: هرچه خلوص پایینتر باشد، هزینه تولید اکسیژن کمتر میشود.
در این روش، هوا ابتدا مایع میشود و بعد با تقطیر جزءبهجزء اجزای آن از هم جدا میشوند. این مسیر معمولاً برای ظرفیتهای بالا و تولید پایدار صنعتی استفاده میشود.
مهمترین و بدیهیترین کاربرد گاز اکسیژن همین است: زنده نگه داشتن موجودات زنده. در حوزههای حرفهایتر هم اکسیژن جزء اصلی سیستمهای پشتیبانی حیات است (مثلاً در محیطهای کنترلشده یا تجهیزات خاص).
اکسیژن پزشکی هم بهصورت عمومی و هم به شکل درمانی استفاده میشود؛ مخصوصاً در اکسیژندرمانی برای بیمارانی مثل افراد مبتلا به بیماری انسدادی مزمن ریه (COPD) و بسیاری از شرایط دیگر که ممکن است بیمار برای دوره بهبود، حتی در خانه هم نیازمند اکسیژن باشد.
از مهم ترین مزیت های تولید اکسیژن در محل می توان به جلوگیری از ریسک کمبود یا قطع تأمین و یا کاهش هزینهها منجر می شود. همچنین بهخاطر شرایط و نیاز جهانی، تقاضا برای ژنراتورهای اکسیژن در حوزه پزشکی بهسرعت در حال رشد است.
معمولاً حدود یکششم از مجروحان جنگی به اکسیژن نیاز دارند. یعنی یک بیمارستان صحرایی چند تختی، ممکن است روزانه به تعداد زیادی کپسول اکسیژن نیاز پیدا کند؛ چیزی که هزینه حملونقل را بالا میبرد و از نظر لجستیکی دردسر درست میکند.
جایگزین کپسولها، ژنراتور اکسیژن در محل است: اکسیژن پزشکی را بهصورت پیوسته و با کیفیت ثابت تأمین میکند، بدون مشکلات و ریسکهای مربوط به سیلندرهای پرفشار.
ماهیها برای رشد ایدهآل به سطح دقیق و کنترلشدهای از اکسیژن محلول در آب نیاز دارند. برای همین باید اکسیژن خالص بهدرستی دوزدهی شود تا رشد سریعتر شود، بیماری و استرس کمتر شود، کیفیت محصول حفظ شود. در آبزیپروری مدرن، اکسیژن خالص عملاً ضروری است.
اینجا دو کاربرد مهم کنار هم قرار میگیرند:
اکسیژن خالص برای تولید اُزن استفاده میشود. ازن در کارهای روزمره کاربرد دارد؛ از حذف بو تا کمک به داشتن آب آشامیدنی باکیفیت. با توجه به افزایش مصرف جهانی آب، دستیابی به آب تمیز سختتر میشود. طبق متن، با تزریق اکسیژن به سیستم آب میتوان بازده حذف آلایندهها و ناخالصیها را بالا برد.
اکسیژن را داخل آب پمپاژ میکنند تا تولید و فعالیت باکتریهای طبیعی بیشتر شود؛ باکتریهایی که مواد زائد را میشکنند. این باکتریها با مصرف اکسیژن، مواد آلیِ کربندار را تجزیه میکنند و در نهایت به دیاکسید کربن و آب میرسند.
نکته کلیدی: برای اینکه این تجزیه زیستی در یک زمان منطقی انجام شود، باکتریها به اکسیژن کافی نیاز دارند.
برآورد میشود حدود ۵۵٪ از اکسیژن تولیدشده در مقیاس تجاری برای حذف ناخالصیهای گوگردی و همچنین کربن اضافی مصرف میشود؛ به این شکل که گوگرد و کربن بهترتیب به دیاکسید گوگرد (SO₂) و دیاکسید کربن (CO₂) تبدیل میشوند. تولید فولاد به اکسیژن وابسته است، چون اکسیژن در فرایندها کمک میکند اکسیدهای آهن به حالت خالصتر تبدیل شوند.
اکسیژن میتواند بهطور چشمگیری فرآوری طلا و جریان انتقال/فرآیند کانسنگ را بهتر کند و باعث کاهش هزینه سیانید و کم شدن پسماندها شود.
اما بزرگترین مصرفکننده اکسیژن در صنعت، صنعت فولاد است. ژنراتورهای اکسیژن صنعتی در تولید فلزات دیگری مثل مس و سرب هم استفاده میشوند.
در معادن هم یک نکته مهم مطرح است: تأمین پیوسته حجم بالای اکسیژن برای ایمنی معدنکاران حیاتی است. تولید اکسیژن در محل با ژنراتور اکسیژن، معمولاً یک راه بهصرفه، امن و کارآمد برای رسیدن به این تأمین پایدار است.
در صنعت استخراج طلا، از واحدهای تولید اکسیژن برای تأمین اکسیژن با خلوص بالا استفاده میشود؛ اکسیژنی که چند عملیات پردازشی را بهتر و سریعتر میکند. مهمترین کاربرد آن در فرایند لیچینگ سیانیدی (سیانوراسیون) است؛ جایی که اکسیژن سرعت واکنش بین سیانید و طلا را بالا میبرد و در نتیجه نرخ بازیابی طلا افزایش پیدا میکند.
اکسیژن همچنین باعث کاهش مصرف سیانید میشود؛ یعنی هم هزینهها کمتر میشود و هم ریسکهای زیستمحیطی پایینتر میآید. علاوه بر این، در فرآوری کانسنگهای مقاوم از روشهای اکسیداسیون و در عملیات ذوب برای حذف ناخالصیها هم استفاده میشود. در مجموع، استفاده از کارخانه اکسیژن در معدن طلا باعث بهبود بازده، بهرهوری و ایمنی زیستمحیطی در استخراج و پالایش طلا میشود.
اکسیژن در مشعلها برای برش و جوشکاری استفاده میشود. وقتی اکسیژن با هیدروژن واکنش میدهد، میتواند دما را به بالای ۵۰۰۰ درجه برساند. این مشعلها قادرند بیشتر فلزات را برش بدهند و همچنین آنها را به هم جوش دهند.
اکسیژن مایع (LOX) در کاربردهای پزشکی و صنعتی استفاده میشود، اما در هوافضا نقش ویژهای دارد:
صنعت شیمی حدود ۲۵٪ از اکسیژن تولید شده تجاری را مصرف میکند. در یکی از فرایندهای مهم، اتیلن با اکسیژن واکنش میدهد و اکسید اتیلن تولید میشود؛ مادهای که بعداً به اتیلن گلیکول تبدیل میگردد. اتیلن گلیکول ماده اولیه تولید محصولات مختلفی است، از جمله ضدیخها و پلیمرهای پلیاستر.
همچنین میتوان هیدروکربنها را با گرمکردن در حضور اکسیژن شکست. این روش برای شروع احتراق و تولید آب و دیاکسید کربن استفاده میشود. اگر ترکیب و شرایط واکنش کنترل شود، امکان تجزیه هیدروکربنها و تشکیل موادی مثل استیلن، پروپیلن و اتیلن هم وجود دارد.
اکسیژن در کورههای شیشه باعث افزایش شدت احتراق میشود و انتشار اکسید های نیتروژن NOx را کاهش می دهد. فناوریهایی وجود دارد که میتوانند انتشار NOx را تا ۹۰٪ کاهش دهند.
از طرف دیگر، در تولید شیشه با افزودن اکسیژن هنگام ذوب:
و در کل، تکنیکهای پیشرفتهتری در صنعت شیشه در حال شکلگیری است که به آینده پایدار کمک میکنند.
کارخانههای خمیر کاغذ و کاغذسازی استفاده از مواد شیمیاییای مثل کلر را در فرایندهای سفیدسازی متوقف کردهاند تا از تولید ترکیبات آلی قابل جذب (AOX) جلوگیری شود.
اکسیژن بهعنوان یک گاز صنعتی کمک میکند الزامات سختگیرانه محیطزیستی را بهتر رعایت کنید؛ مخصوصاً در فرایندهایی مثل حذف لیگنین، استخراج اکسیداتیو و تصفیه فاضلاب.
اکسیژن با حضور حدود ۲۱٪ در هوا، یک گاز بیبو و بیرنگ اما بسیار واکنشپذیر و اکسیدکننده است که همین ویژگی، آن را به یکی از ستونهای اصلی صنعت و سلامت تبدیل کرده است؛ از تنفس و اکسیژندرمانی (بهویژه برای بیماران و بیمارستانهای صحرایی) تا فولادسازی، جوشکاری و برشکاری، تولید شیشه و کاهش آلایندههای NOx، صنایع شیمیایی (مثل تولید اتیلن اکساید و اتیلن گلیکول)، تصفیه آب و فاضلاب و تولید ازن، آبزیپروری و حتی کاربردهای فضایی با اکسیژن مایع. تأمین اکسیژن هم معمولاً با دو مسیر انجام میشود: تولید در محل با سیستمهای PSA با خلوصهای رایج ۹۰ تا ۹۵٪ (که با کاهش خلوص هزینه کمتر میشود) یا تولیدهای کرایوژنیک برای ظرفیتهای بالاتر؛ و در نهایت، در کاربردهای خاص مثل معدن طلا، اکسیژن با افزایش سرعت واکنشها، کاهش مصرف سیانید و بهبود بازیابی، هم بهرهوری را بالا میبرد و هم ریسکهای زیستمحیطی را کمتر میکند.
.jpg "گاز آرگون چیست؟")
ارسال نظر