Ứng dụng của khí Nitrogen và Oxy trong nền kinh tế

11/01/2024 - 1268 lượt xem

Các loại khí công nghiệp như Nitrogen, Oxygen, được sử dụng vô cùng rộng rãi vì khả năng ứng dụng của chúng đối với mọi lĩnh vực. Trong bài viết lần này, Evertech Việt Nam xin được gửi tới quý bạn đọc những ứng dụng phổ biến của 2 loại khí này.

Có thể nói trong nền kinh tế quốc nội của mỗi quốc gia, các loại khí công nghiệp được sử dụng một cách cực kì rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống. Chẳng hạn như khí Oxy công nghiệp được dùng để hàn, cắt kim loại, sản xuất thủy tinh, v.v hoặc được sử dụng để gián tiếp tạo ra Oxy y tế, một vật phẩm không thể thiếu trong mỗi cơ sở khám chữa bệnh. Dưới đây là biểu đồ thể hiện bức tranh toàn cảnh về mức độ tiêu thụ các loại khí công nghiệp trên thế giới giai đoạn 2022 – 2032.

Các loại khí được sử dụng phổ biến đó là Oxygen, Nitrogen, Carbon Dioxide. Khí công nghiệp có thể được sản xuất từ nhiều nguồn, đối với việc sản xuất khí công nghiệp từ Không khí, 3 sản phẩm chính đó là Nitrogen, Oxygen và Argon bởi đây là 3 thành phần khí chiến tỷ trọng cao nhất trong không khí. Vậy, hãy cùng tìm hiểu xem tại sao 2 loại khí Nitrogen, Oxygen trên được sử dụng nhiều đến như vậy nhé:

1. Ứng dụng của khí Nito

Nitơ khí (GAN) được sử dụng làm nguyên liệu thô hoặc khí trơ, trong khi nitơ lỏng (LIN) được sử dụng để làm lạnh. Tính linh hoạt của nitơ có nghĩa là nó có rất nhiều ứng dụng. Chúng được chia thành hai loại sau đây là “làm trơ và làm sạch” và “làm mát, bảo quản và đông lạnh sâu”.

Trong công nghiệp chế biến, nitơ được dùng để:

Nạp và điều áp bộ giảm xóc khí và lò xo thủy lực (tiết kiệm dầu)
Thực hiện kiểm tra rò rỉ (ví dụ: đối với thùng chứa) và bảo vệ chống ăn mòn (ví dụ: đối với Linh kiện điện tử)
Thanh lọc các ống hoặc thùng chứa inox trước khi hàn để thực hiện che chắn gốc (chủ yếu cùng với hydro)
Bảo vệ và làm trơ các bộ phận điện trong quá trình sản xuất và bảo quản (ví dụ: đèn, ống chân không và thiết bị từ tính)
Tạo môi trường trơ có độ tinh khiết cao để sản xuất chất bán dẫn và làm khí mang cho quá trình epitaxy, khuếch tán và lắng đọng hơi hóa học (CVD)

Trong luyện kim, công nghệ đúc và công nghiệp thép, nito được dung để:

Kích hoạt công tắc tắt trong đầu đốt và lò nung (có thể thanh lọc N2 sau đó)
Thanh lọc và khuấy trộn kim loại nóng chảy bằng cách sục chúng qua lớp đá xốp hoặc ống dẫn (tuần hoàn, xả khí và xỉ)
Cấp các thành phần hợp kim dạng bột vào thép nóng chảy (thông qua tia N2 để tạo hợp kim)
Phun kim loại nóng chảy và thu được bột kim loại chất lượng cao (nguyên tử hóa vòi phun, luyện kim bột)
Bột luyện kim thiêu kết dưới khí bảo vệ
Thanh lọc kim loại màu nóng chảy để giảm hàm lượng hydro (ví dụ như nhôm nóng chảy)
Ổn định cấu trúc austenit của thép không gỉ (với N2 là thành phần phản ứng)
Che chắn các bộ phận kim loại trong quá trình xử lý nhiệt (ví dụ như ủ, thiêu kết, làm cứng)
Điều chỉnh quá trình chuyển Cacbon trong lò xử lý nhiệt để cacbon hóa khí (ví dụ: với metanol thông qua sự hình thành CO và H2
Giảm hàm lượng carbon của kim loại tấm điện trong quá trình ủ khử cacbon (ví dụ: với sự hình thành nitơ ẩm và H2, CO và CH4)

Trong ngành hóa học/hóa dầu, nitơ được sử dụng để:

Sạo ra các sản phẩm như amoniac, canxi xyanua và nitrua kim loại (với N2 là thành phần phản ứng)
Sản xuất nhựa xốp (có chất tạo bọt N2)
Ngăn chặn oxy và độ ẩm tiếp cận các quá trình sản xuất (tức là khi sản xuất than chì, phốt pho, natri, nhựa, cao su và sợi tổng hợp)
Các bể chứa trơ và có tay cầm chứa chất lỏng dễ cháy (ví dụ: đổ đầy, đậy nắp, đổ)
Khí kế trơ trước khi sửa đổi hoặc loại bỏ
Tàu chở dầu trơ trong quá trình đổ và nạp tại cảng (nguồn cấp dữ liệu LIN trực tiếp cho tàu chở dầu LNG)
Đường ống dẫn dầu trơ và sạch (cạo đường ống hoặc "lọc")
Xả bụi đá trong khoan dầu khí (ứng dụng N2 áp suất cao)
Tăng tốc thu hồi dầu và khí tự nhiên (tăng cường thu hồi dầu và khí đốt (EOR))
Thiết bị kỹ thuật khô (ví dụ: sau khi sửa chữa, trong thời gian dừng hoặc trước khi bắt đầu lại)

Trong công nghệ thực phẩm, nitơ được dùng để:

Đảm bảo kiểm soát sâu bệnh và an toàn cháy nổ trong silo (ví dụ: ngô, thực phẩm dạng bột)
Bảo quản thực phẩm béo hoặc bột trong quá trình chiết rót, đóng gói và bảo quản (N2 hoặc hỗn hợp với CO2 và/hoặc O2)
Bảo vệ thực phẩm lỏng khỏi bị oxy hóa trong quá trình bảo quản và rót (ví dụ: bia, rượu, nước trái cây)
Đảm bảo quá trình chín có kiểm soát của trái cây được bảo quản kết hợp với “khí làm chín” (ví dụ: hỗn hợp N2/ethylene cho chuối)
Ổn định áp suất bên trong của lon nước giải khát có thành mỏng (uống của LIN trước khi đóng cửa)

Trong các ngành công nghiệp khác, nitơ được sử dụng để:

Tránh tình trạng tự bốc cháy của than trong quá trình vận chuyển (đặc biệt khi vận chuyển bụi than)
Ngăn ngừa cháy mỏ (ví dụ: làm trơ các mỏ trôi trong khai thác than)
Tái tạo chất hấp phụ cho các vật liệu dễ cháy (ví dụ: bằng cách tẩy bằng GAN được đun nóng)
Giảm hàm lượng oxy trong phòng làm mát và bảo quản (phòng cháy chữa cháy, trong khi vẫn cho phép tiếp cận các cửa hàng)
Che chắn hàng hóa dễ hư hỏng và dễ cháy trong các thùng chứa và silo (làm trơ nói chung)
Thép dự ứng lực trơ trong các cấu kiện bê tông đúc sẵn trước khi phun vữa bằng vữa (ví dụ: trong xây dựng cầu)
Ngăn chặn bất kỳ loại oxy hóa nào, bao gồm cả chống cháy nổ
Ngăn ngừa sự cố trong quá trình lắp ráp các thiết bị điện tử

2. Ứng dụng khí Oxy

Nhiều quy trình công nghiệp đang sử dụng không khí để đốt cháy và oxy hóa hóa học. Lợi ích của việc sử dụng oxy bằng cách làm giàu hoặc thay thế không khí bao gồm:

Nhiệt độ phản ứng cao hơn
Phản ứng nhanh hơn nhờ áp suất riêng phần cao hơn của các đối tác phản ứng (bằng cách loại bỏ N2)
Tiết kiệm năng lượng, đặc biệt ở nhiệt độ và áp suất cao (không có chấn lưu N2)
Kích thước nhà máy nhỏ hơn hoặc hiệu suất nhà máy cao hơn (không có chấn lưu N2)
Năng suất và độ chọn lọc cao hơn của phản ứng
Ngăn chặn các phản ứng thứ cấp không mong muốn với N2 (ví dụ: hình thành ni triride)
Ít hoặc không có sản phẩm có giá trị bị mất do khí thải
Giảm khối lượng khí thải, khí thải và chi phí xử lý khí thải

Trong công nghiệp chế biến và công nghệ tự sinh, oxy được sử dụng để:

Vận hành các đầu đốt hiệu suất cao (ví dụ để hàn khí, cắt bằng ngọn lửa, hàn bằng ngọn lửa, đốt nóng bằng ngọn lửa, làm thẳng ngọn lửa hoặc cắt ngọn lửa), đặc biệt với khí nhiên liệu axetylen, khí tự nhiên và hydro.
Phủ các chi tiết gia công bằng cách phun ngọn lửa khí oxy-nhiên liệu (ví dụ: bằng kim loại hoặc gốm sứ)
Tẩy rỉ các tấm thép hoặc làm lại bề mặt bê tông bằng cách phun lửa

Trong luyện kim, công nghệ đúc và công nghiệp thép, oxy được sử dụng để:

Tinh luyện gang trong các bộ chuyển đổi (khử cacbon: sử dụng ống dẫn O2 trong phương pháp LinzDonawitz (LD), sử dụng phương pháp thổi đáy O2 trong phương pháp Oxygen Bottom Maxhütte (OBM))
Xử lý phế liệu trong lò hồ quang điện (nung chảy, tinh luyện và tạo hợp kim bằng các dòng O2 và đầu đốt O2)
Tăng hiệu suất của lò cảm ứng trong sản xuất gang (sử dụng đầu đốt O2)
Tăng hiệu suất của lò nung trục hoặc lò vòm trong sản xuất gang (làm giàu O2 bằng vòi phun gió, phương pháp HIGHJET®)
Tăng hiệu suất của lò cao bằng cách bơm O2 (sử dụng ống dẫn) và nhiên liệu (ví dụ: dầu, bụi than)
Muôi đúc được làm nóng trước (ngăn bể tan chảy nguội, giảm thời gian chu kỳ)
Tăng hiệu suất của lò nung trong luyện kim màu (ví dụ: lò nung loại nhôm hoặc đồng) với các đầu đốt nhiên liệu oxy bổ sung
Tăng cường hâm nóng và ủ lò trong các nhà máy cán, dây chuyền xử lý và lò rèn

Trong hóa học, kỹ thuật năng lượng và bảo vệ môi trường, oxy được dùng để:

Sản xuất các sản phẩm hóa học thông qua quá trình oxy hóa các nguyên liệu thô vô cơ (ví dụ: hydro peroxide từ hydro) và nguyên liệu hữu cơ (ví dụ: ethylene oxit từ ethylene)
Tạo ra khí tổng hợp (ví dụ: hỗn hợp CO/H2 có thể phản ứng thêm với ankan và rượu) thông qua quá trình oxy hóa một phần hydrocacbon, ví dụ: oxy hóa cặn dầu nặng bằng O2
Tạo ra khí tổng hợp thông qua quá trình khí hóa than, ví dụ: bằng cách khí hóa bụi than bằng O 2/H2O
Tăng hiệu suất của các nhà máy Claus (chiết xuất lưu huỳnh từ khí xử lý có chứa H2S, sản xuất nhiên liệu không chứa lưu huỳnh)
Tái tạo chất xúc tác (ví dụ: đốt cháy than cốc bị hấp phụ trong quy trình Cracking xúc tác chất lỏng (FCC))
Vận hành quá trình oxy hóa xúc tác trong pha khí/lỏng (ví dụ: sản xuất axit propionic) hoặc trong pha khí không đồng nhất (ví dụ: sản xuất monome vinyl axetat – VAM)
Vận hành các nhà máy điện có lượng khí thải thấp, ví dụ: thông qua quá trình khí hóa than bằng O2 và sau đó loại bỏ/tái chế/cô lập CO2
Xử lý nước thải tại các công trình xử lý nước thải sinh học, (ví dụ bơm O2 vào bể bùn hoạt tính để nâng cao hiệu suất và giảm thiểu mùi hôi)
Ngăn chặn quá trình phân hủy kỵ khí trong cống điều áp (ví dụ: bằng cách bơm O2 vào trạm bơm để khử mùi hôi và ăn mòn)
Xử lý các sản phẩm chất thải rắn trong các nhà máy khí hóa (ví dụ: thông qua quá trình oxy hóa một phần bằng O2 và xử lý thêm khí thải như một giải pháp thay thế phát thải thấp cho đốt chất thải)
Xử lý các chất lỏng có hại, chống cháy (ví dụ: xử lý thân thiện với môi trường thông qua đốt cháy ở nhiệt độ cao bằng O2)
Sản xuất bột giấy hóa học từ dăm gỗ trong sản xuất giấy (ví dụ: để phân loại, tẩy trắng và oxy hóa rượu đen)
Cho phép xử lý oxy hóa nước uống (ví dụ: loại bỏ sắt, mangan, amoniac và các chất hữu cơ)
Sản xuất ozon cho mục đích vệ sinh và hóa học (ví dụ để lọc nước uống, tẩy trắng bột giấy, khử trùng, khử mùi hoặc tổng hợp hóa học)

Trong kỹ thuật, xử lý thực phẩm và y học, oxy được sử dụng để:

Hóa chất thay thế trong chế biến thịt và xúc xích (ví dụ: O2 duy trì màu đỏ tươi)
Bảo quản thực phẩm đóng gói (ví dụ O2 trộn với CO2/N2 đối với rau diếp đóng gói)
Cung cấp oxy cho nước trong các lưu vực nuôi cá hoặc các thùng chứa để vận chuyển cá (ví dụ: O2 cho nuôi trồng thủy sản hoặc cung cấp khẩn cấp)
Cung cấp khí hô hấp trên máy bay (thở oxy)
Hỗ trợ và kích hoạt các ứng dụng y tế khác nhau

Trong các phân khúc công nghiệp khác, oxy được sử dụng để:

Thu hồi năng lượng và nguyên liệu thô (ví dụ: tái chế trong ngành công nghiệp bột giấy và nhựa)
Cải thiện giá trị đốt cháy, hóa lỏng xỉ và phát thải (ví dụ: tại các địa điểm đốt rác thải)
Tăng hiệu suất của các thiết bị nấu chảy và bộ phận kiểm soát khí thải (ví dụ: ứng dụng đầu đốt nhiên liệu oxy hoặc ống dẫn khí oxy trong ngành thủy tinh)
Cải thiện độ hoàn thiện của các sản phẩm công nghiệp (ví dụ: bằng cách đánh bóng đồ thủy tinh bằng lửa)
Sản xuất các thành phần bán dẫn (ví dụ: O2 có độ tinh khiết cao nhất để oxy hóa nhiệt silicon, kết hợp với khí mang để khuếch tán khí)
Thúc đẩy tên lửa và tên lửa trong ngành hàng không vũ trụ (O2 là chất oxy hóa cho nhiên liệu tàu vũ trụ)

Với vai trò là đại lý số 1 của Yokogawa Việt Nam, Evertech Việt Nam xin được gửi tới quý khách hàng các dải sản phẩm liên quan tới việc phân tích nồng độ khí Oxy dư trong các ứng dụng có liên quan tới khí đó là:

Máy phân tích khí ôxy - OX100/OX102 - Lý tưởng cho việc đo nồng độ oxy của máy hàm làm sạch bằng ni tơ...

Máy phân tích khí ôxy - thuận từ - MG8G/MG8E: Lý tưởng cho việc đo nồng độ oxy của khí gas dễ cháy, Loại MG8E có kết cấu chịu lửa.

Máy phân tích khí ôxy Zircon loại phòng nổ ZS8: Làm thiết bị chuyên dùng trong khu vực nguy hiểm với môi trường dễ cháy nổ

Máy phân tích khí ôxy cầm tay - kí hiệu OX61: Dùng kích điện để đo nồng độ ôxy của một mẫu khí, được hút bởi một chiếc bơm ghép ở bên trong, từ 0 đến 25%.