كيف يتم إنتاج الأكسجين الصناعي؟
يُعد توليد الأكسجين في الموقع خيارًا موثوقًا وفعالًا من حيث التكلفة، كما أنه ضروري للعديد من التطبيقات الصناعية. ولكن كيف يتم إنتاج الأكسجين الصناعي، وكيف يتم تصنيعه ليتوافق مع هذه الاحتياجات؟ تكمن الإجابة في تقنيات توليد الأكسجين التي تُمكّن الشركات من استخراج أكسجين عالي النقاء مباشرة من الهواء المحيط. وتشمل هذه التقنيات الامتزاز بالضغط المتأرجح (PSA) وأنظمة الأغشية، حيث تُستخدم طرق متعددة لإنتاج الأكسجين للاستخدامات الصناعية.
في هذا الدليل، ستتعرّف على كيفية تصنيع الأكسجين، والتقنيات التي تُمكّن من إنتاجه، بالإضافة إلى فوائد توليد الأكسجين في الموقع.
كيف يعمل مولد الأكسجين؟
تم تصميم مولدات الأكسجين لاستخلاص الأكسجين من الهواء المحيط. وبما أن الهواء عبارة عن مزيج من الغازات، يتكون بشكل رئيسي من النيتروجين (حوالي 78%) والأكسجين (حوالي 21%)، فإن الهدف الأساسي هو فصل جزيئات الأكسجين عن باقي مكونات الهواء. تُستخدم تقنيات مختلفة مثل الامتزاز بالضغط المتأرجح (PSA)، والامتصاص الفراغي بالضغط (VPSA)، وأنظمة الأغشية، أو الأنظمة الكيميائية لعزل وتركيز الأكسجين، وذلك حسب متطلبات النقاء وطبيعة الاستخدام.
الامتزاز بالضغط المتأرجح (PSA)
الامتزاز بالضغط المتأرجح (PSA) هو التقنية الأكثر استخدامًا لتوليد الأكسجين الصناعي. يتم تقدير PSA لموثوقيته وكفاءته في توليد الأكسجين في الموقع حيث تضمن العملية إمدادًا مستمرًا بالأكسجين بنقاء يصل إلى 95%.
تُستخدم عادةً في التطبيقات الأصغر حجمًا:
- القطاع الطبي
- التطبيقات الصناعية مثل قطع المعادن واللحام
- معالجة مياه الصرف
- تربية الأحياء المائية
تعتمد العملية على زوج من أوعية الضغط المملوءة بمادة ماصّة تُعرف بـ المنخل الجزيئي الكربوني (CMS). تعمل هذه المادة المسامية على احتجاز النيتروجين، وثاني أكسيد الكربون، وبخار الماء، وغيرها من الغازات النزرة من الهواء المضغوط، بينما تسمح بمرور الأكسجين عالي النقاء. وخلال عمل أحد الأوعية في الامتصاص، يخضع الوعاء الآخر لعملية تجديد من خلال خفض الضغط وإطلاق الغازات المحتجزة، مما يتيح التشغيل المستمر للنظام.
الامتزاز بالضغط المتأرجح بالتفريغ (VPSA)
تقنية VPSA هي تقنية لتوليد الأكسجين تعمل بشكل مشابه لتقنية PSA ولكنها تستخدم التفريغ أثناء مرحلة التجديد، ما يقلل من استهلاك الطاقة ويحسّن الكفاءة. ويُستخدم عادةً في العمليات الكبيرة حيث تكون توفير الطاقة مهمة.
تُستخدم عادةً في التطبيقات الكبيرة:
- صناعات الحديد والصلب والبتروكيماويات
- إنتاج الغاز الحيوي
- إنتاج عالي السعة مع التركيز على كفاءة استهلاك الطاقة
تقنية الفصل الغشائي
تعتمد هذه الطريقة على أغشية شبه منفذة لترشيح الهواء. تمر الغازات مثل النيتروجين وغيرها عبر جدران الغشاء بمعدل مختلف عن الأكسجين، مما يسمح بالحصول على تيار من الهواء المُعزز بالأكسجين. رغم أن نقاء الأكسجين يكون منخفضًا (30–40%) مقارنة بالطرق الأخرى، إلا أن النظام يتميّز ببساطته وحجمه الصغير.
الاستخدامات:
- معالجة مياه الصرف
- عمليات تقليل النيتروجين
- التطبيقات التي لا تتطلب أكسجين عالي النقاء
مولدات الأكسجين الكيميائي
تنتج مولدات الأكسجين الكيميائي الأكسجين من خلال التفاعلات الكيميائية، مثل تحلل كلورات الصوديوم. هذه الأنظمة صغيرة الحجم وغالبًا ما تُستخدم في البيئات المغلقة أو في حالات الطوارئ.
الاستخدامات:
- حالات الطوارئ (الطائرات والغواصات)
- إمدادات الأكسجين المحمولة في الأماكن الضيقة
المزايا الرئيسية لإنتاج الأكسجين في الموقع
التطبيقات الصناعية لمولدات الأكسجين
تُستخدم مولدات الأكسجين في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية بسبب كفاءتها وفعاليتها من حيث التكلفة.
فيما يلي بعض استخدامات الأكسجين الصناعي:
- إنتاج المعادن: يساعد الأكسجين في حرق الوقود في درجات حرارة أعلى، وهو أمر ضروري لعمليات مثل صناعة الصلب واللحام.
- معالجة مياه الصرف الصحي: يعمل يساهم الأكسجين في تعزيز كفاءة البكتيريا في تحليل المواد العضوية:
- تصنيع الزجاج: تنتج اللهب الغني بالأكسجين درجات حرارة أعلى، مما يعزز جودة الزجاج.
- الاستزراع المائي زيادة مستويات الأكسجين في المياه تعزز نمو الأسماك وصحتها:
- المرافق الطبية: إمداد موثوق بالأكسجين لعلاجات الجهاز التنفسي ورعاية الطوارئ.
قائمة التحقق لمتطلبات السلامة:
تذكر اتباع بروتوكولات السلامة عند إنتاج الأكسجين وتخزينه في الموقع:
- تأكد من التهوية المناسبة في غرف المولدات والأماكن المغلقة.
- أبعد أنظمة الأكسجين عن المواد القابلة للاشتعال.
- افحص الفلاتر والصمامات بانتظام.
- استخدام أجهزة الإنذار لمراقبة نقاء الأكسجين ومستويات الضغط:
- قم بارتداء معدات الوقاية الشخصية مثل القفازات العازلة ونظارات السلامة وواقيات الوجه.
ملاحظة: لا يجب استخدام الأكسجين الصناعي في الحالات الطبية الطارئة إلا إذا كان مطابقًا لمعايير الأكسجين الطبي.
اختيار مولد الأكسجين المناسب
يعتمد اختيار مولد الأكسجين المناسب على مستوى النقاء المطلوب وحجم الاستخدام والاحتياجات التشغيلية. غالبًا ما يكون توليد الأكسجين في الموقع، وخصوصًا باستخدام تقنية الامتزاز بالضغط المتأرجح (PSA)، الحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة والموثوقية، دون الحاجة إلى عمليات التسليم.
لاختيار النظام الأنسب، ضع في اعتبارك ما يلي:
- متطلبات النقاء (على سبيل المثال، الاستخدام الطبي مقابل الاستخدام الصناعي)،
- معدل التدفق (الأكسجين المطلوب في الدقيقة/الساعة)،
- المساحة والصيانة (المساحة المتاحة للتركيب وقدرة الصيانة)،
- الميزانية (التكاليف المسبقة والطويلة الأجل)،
- و لوائح السلامة (الامتثال للمعايير الصناعية ذات الصلة).
في حين أن الأكسجين المعبأ في زجاجات أو السائل قد يناسب احتياجات محددة قصيرة الأجل أو عالية الحجم، فإن الأنظمة في الموقع توفر استقلالية وكفاءة وسلامة أكبر في تطبيقات مثل الرعاية الصحية وتربية الأحياء المائية والتصنيع.
الأسئلة الشائعة
ما المقصود بالأكسجين الصناعي؟
يشير الأكسجين الصناعي إلى الأكسجين المستخدم في التصنيع أو المعالجة أو التطبيقات التقنية الأخرى. عادةً ما يكون نقاءه 90-95%، اعتمادًا على طريقة الإنتاج. على الرغم من تشابهه في التركيب مع الأكسجين الطبي، إلا أنه غير معتمد للاستهلاك البشري ما لم يتم اختباره واعتماده وفقًا لمعايير صحية محددة.
ما مولد الأكسجين؟
مولد الأكسجين عبارة عن جهاز يفصل الأكسجين عن الهواء المحيط وتركزه لتوفير إمداد مستمر بالأكسجين عالي النقاء للاستخدام الصناعي.
على عكس أنظمة توليد الغاز الأخرى - مثل مولدات النيتروجين أو الهيدروجين - تم تحسين مولدات الأكسجين خصيصًا لتلبية متطلبات الأكسجين في صناعات مثل معالجة المعادن وإنتاج الزجاج ومعالجة مياه الصرف الصحي. تتيح هذه الأنظمة التوليد في الموقع، مما يقلل من الاعتماد على الموردين الخارجيين ويزيد من الكفاءة التشغيلية.
ما الفرق بين مولد الأكسجين ومُركّز الأكسجين؟
مُركّز الأكسجين هو نسخة أصغر حجمًا ومحمولة من مولد الأكسجين، ويُستخدم عادةً في التطبيقات الطبية. المولدات أكبر حجمًا وتخدم الاحتياجات الصناعية.
ما الفرق بين الأكسجين الصناعي والأكسجين الطبي؟
يختلف الأكسجين الصناعي والطبي في تطبيقاته ومعايير الاعتماد وطرق التوصيل:
الأكسجين الطبي : يجب أن يفي بمعايير النقاء والنظافة الصارمة (دستور الأدوية الأمريكي أو درجة دستور الأدوية).
الأكسجين الصناعي : يُستخدم في البيئات الخاضعة للتحكم والتصنيع. غير معتمد للاستخدام الطبي ما لم تتم معالجته وفقًا لذلك.
