کدام گازها در صنعت بیشترین کاربرد را دارند؟

برخی از گازها در صنعت به طور خاص برای کاربردهای صنعتی تولید می‌شوند. گازهای صنعتی اولیه شامل نیتروژن، اکسیژن، دی اکسید کربن، آرگون، هیدروژن، هلیوم و نئون هستند. شرکت‌هایی که به تولید و عرضه این گازها یا تجهیزات و فناوری‌های مربوط به آنها مشغول هستند، به عنوان صنعت گاز صنعتی شناخته می‌شوند. گازهای صنعتی اولیه در طیف گسترده‌ای از صنایع از جمله نفت و گاز، پتروشیمی، مواد شیمیایی، نیرو، معدن، فولادسازی، فلزات، حفاظت از محیط زیست، پزشکی، داروسازی، بیوتکنولوژی، غذا، آب، کود، انرژی هسته‌ای، الکترونیک و هوافضا کاربرد دارند. ما در ادامه به بررسی پرکاربردترین گازها در صنعت و برخی از این کاربردها می‌پردازیم.

کاربرد گاز اکسیژن در صنعت و غواصی

همه ما می‌دانیم که برای زنده ماندن به اکسیژن نیاز داریم؛ این امر به عنوان مهمترین کاربرد اکسیژن شناخته شده که به طور گسترده در صنعت پزشکی از آن استفاده می‌شود. کاربردهای گاز اکسیژن در صنایع مختلف بسیار زیاد است که از دیدگاه صنعت حائز اهمیت است.

بیشتر از همه، از خاصیت واکنش پذیری اکسیژن معمولاً در جوشکاری، برش فلزات، تصفیه فاضلاب، ساخت شیشه در کوره‌های شیشه، فرآوری فلزات (فولاد، مس، سرب، روی)، کوره‌های سیمان، تولید شیمیایی، تولید خمیر و کاغذ، موارد پزشکی و کشتن باکتری‌ها استفاده می‌شود. همچنین از این گاز حیاتی برای درمان افرادی که دچار مسمومیت با مونوکسید کربن شده‌اند و پر کردن کپسول تنفسی غواصان استفاده می‌شود.

این گاز برای غنی‌سازی اکسیژن هوا به منظور افزایش میزان غلظت اکسیژن موجود برای احتراق یا فعالیت بیولوژیکی نیز به کار برده می شود. این فعالیت‌های بیولوژیکی شامل کاربردهای پزشکی و کاربردهای زیست محیطی مانند فاضلاب صنعتی و سیستم‌های تصفیه فاضلاب بهداشتی هستند. غنی‌سازی اکسیژن هوا در فرآیندهای صنعتی، نرخ بازدهی واکنش را افزایش می‌دهد که می‌تواند به توان عملیاتی بیشتر در تجهیزات موجود یا توانایی کاهش اندازه فیزیکی تجهیزات جدید با ظرفیت معادل منجر شود.

یکی دیگر از مزایای غنی سازی هوا با اکسیژن، صرفه جویی در مصرف انرژی به دلیل کاهش مقدار نیتروژن و سایر گازهای عبوری از کوره در فرآیندهای شیمیایی است. از طرفی دیگر، به دلیل کاهش میزان گازهایی که از فرآیندهای احتراق به اتمسفر تخلیه می‌شوند، اندازه و هزینه‌های پاک‌سازی مرتبط با سیستم‌های پاک‌سازی گاز از هوا کاهش پیدا می‌کند.

کاربرد گاز نیتروژن در صنعت

نیتروژن گازی است که بیشتر به دلیل کاربرد آن در مواد منفجره و کاربرد آن برای تولید آمونیاک مورد نیاز برای تولید کودها شناخته شده است.

کاربردهای دیگر گاز نیتروژن شامل موارد زیر است:

• بسته بندی مواد غذایی: نیتروژن فشرده به طور معمول برای جابجایی مواد غذایی استفاده می‌شود که می‌تواند به آنها زمان ماندگاری طولانی‌تری بدهد.
• برش لیزری: نیتروژن گازی پرکاربرد و ضروری در صنعت فولاد است که از آن به عنوان گاز پاک کننده برای کمک به دمیدن مواد مایع و تولید محصول ضد زنگ قوی‌تر و مقاوم در برابر خوردگی استفاده می‌شود.
• الکترونیک: از نیتروژن معمولاً در فرآیند مونتاژ الکترونیک استفاده می‌شود تا به دو جزء الکترونیکی کمک کند تا یک اتصال دائمی ایجاد کنند.

کاربرد گاز دی اکسید کربن در صنعت

گاز دی اکسید کربن در ساخت سیستم‌های خنک کننده، سیستم‌های جوشکاری، تصفیه آب (تثبیت pH آب) و نوشیدنی‌های گازدار نقش دارد. همچنین از این گاز برای افزایش سختی قالب‌های ریخته گری و به عنوان عامل لحیم کاری در صنعت فلزات استفاده می‌شود.

در کپسول‌های آتش نشانی نیز دی اکسید کربن وجود دارد که از افزایش بیشتر آتش به دلیل حضور اکسیژن جلوگیری می‌کند. هم کپسول‌های آتش نشانی قابل حمل و هم سیستم‌های آتش نشانی از دی اکسید کربن برای خاموش کردن شعله بدون آسیب به مواد، بدون خطر اتصال کوتاه سیستم‌های الکتریکی یا آسیب رساندن به قطعات الکترونیکی استفاده می‌کنند.

در مکان‌هایی که به خاصیت بی اثری نیاز دارند نیز از این گاز استفاده می‌کنند؛ از جمله:

• پوشش مخازن ذخیره سازی و ظروف حاوی مایعات یا پودرهای قابل اشتعال.
• پوشاندن موادی که در هوا تجزیه می‌شوند؛ مانند روغن‌های گیاهی، ادویه‌ها و عطرها.
• حفظ اتمسفر کنترل شده برای فعالیت‌های صنعتی مانند رشد کریستال‌های سیلیکون و ژرمانیوم.
• ساخت دستگاه‌های الکترونیکی جوشکاری و لحیم کاری.
• جلوگیری از سوختن رشته‌های لامپ؛ تاخیر در تبخیر رشته‌ها با گازهای بی اثر با وزن مولکولی بالا.
• پر کردن فضاهای عایق بین پنجره‌های چند جداره.
• ایجاد وسایل غیرقابل اشتعال سبک‌تر از هوا مانند بالون.

کاربرد گاز آرگون در صنعت

استفاده از آرگون به عنوان گاز محافظ جوشکاری رایج‌ترین کاربرد آن در صنعت است. برای مثال جوشکاران از آرگون برای محافظت از ناحیه جوش و جلوگیری از خوردگی اکسیژن رشته در لامپ‌های رشته‌ای استفاده می‌کنند. همچنین از آرگون در پردازش تیتانیوم و سایر عناصر واکنشی به عنوان محیطی امن برای تولید کریستال‌های سیلیکون و ژرمانیوم استفاده می‌شود.

کاربرد گاز هلیوم در صنعت

گاز هلیوم اغلب به عنوان خنک کننده استفاده می‌شود؛ زیرا می‌توان آن را به طور ایمن تا دمای برودتی کاهش داد. هلیم به عنوان یک محیط خنک کننده برای آهنرباهای ابررسانا در اسکنرهای MRI و طیف سنج‌های NMR استفاده می‌شود.

اگرچه هلیوم را می‌توان به طور طبیعی یافت، اما برای مصارف صنعتی، با فرآوری گاز طبیعی تولید می‌شود.

کاربرد گاز هیدروژن در صنعت

گاز هیدروژن برای پالایش نفت، تصفیه شیشه، تولید نیمه هادی‌ها و داروسازی استفاده می‌شود. به طور معمول هیدروژن به شکل مایع ذخیره می‌شود که در تولید سوخت برای وسایل نقلیه زمینی، هوایی و دریایی استفاده به کار می‌رود. همچنین از هیدروژن می‌توان به عنوان گاز بی اثر برای اهداف جوشکاری استفاده کرد.

کاربرد گاز نئون در صنعت

نئون گاز نجیبی است که از آن در تابلوهایی که بزرگترین شهرهای جهان را روشن می‌کنند استفاده می‌شود. این گاز در هنگام روشن شدن نور نارنجی روشنی از خود منتشر می‌کند که از فاصله دور قابل مشاهده است.

در میان کاربردهای گاز نئون در صنایع مختلف، امروزه مهمترین کاربرد نئون در لیزرهای فرابنفش است. این نوع لیزر برای برش‌های تمیز و دقیق با دقت صدها نانومتر مناسب است. از آنجایی که لیزر UV حرارت تولید نمی‌کند، باعث ایجاد اسکار و سوختگی نمی‌شود که این ویژگی باعث محبوبیت آن در جراحی لیزر چشم (لیزیک) شده است. در ساخت نیمه هادی‌ها برای لیتوگرافی نیز می‌توان از گاز نئون استفاده کرد.

اما شناخته شده‌ترین کاربرد گاز نئون در چراغ‌ها و تابلوهای نئونی است. نور گاز نئون از لوله شیشه‌ای که از این گاز پر شده است؛ ساطع می‌شود. با عبور جریان الکتریکی از لوله، این جریان باعث می‌شود اتم‌های نئون از هم جدا شوند. پس از کسری از ثانیه، اتم‌ها دوباره با هم ترکیب می‌شوند و در همین حین نور نئونی از خود ساطع می‌کنند.

نور نئون در حال حاضر برای بسیاری از اهداف دیگر نیز استفاده می‌شود. به عنوان مثال، لوله‌های پر از گاز نئون در ابزارهایی که برای تشخیص جریان الکتریکی استفاده می‌شوند، به کار می‌روند. همانطور که گفتیم، از نئون در ساخت لیزر استفاده می‌شود. نوع دیگری از لیزر که با استفاده از این گاز ساخته می‌شود، به منظور تولید نوری بسیار روشن و تک رنگ به کار می‌رود. این لیزر در حال حاضر کاربردهای زیادی در صنعت و پزشکی دارد؛ برای مثال از آنها در برش فلز و پلاستیک استفاده می‌شوند. همچنین می‌توان از آنها برای انجام انواع جراحی بسیار دقیق استفاده کرد.

کاربرد گازها در صنعت

گازها در صنعت نقش مهمی در انجام چندین هدف صنعتی، تجاری و خانگی دارند. علاوه بر نیازها و کاربردهایی که در بالا ذکر کردیم، کاربردهای دیگری از این گازها نیز با صنایع و فناوری های رو به رشد در حال ظهور است.