Khí oxy công nghiệp được sản xuất như thế nào?

Máy tạo khí oxy được thiết kế để chiết xuất oxy từ không khí xung quanh. Vì không khí là hỗn hợp của khí, chủ yếu là nitơ (khoảng 78%) và oxy (khoảng 21%), mục tiêu chính là tách các phân tử oxy ra khỏi phần còn lại. Các công nghệ khác nhau, chẳng hạn như PSA, VPSA, màng hoặc hệ thống hóa học, có thể được sử dụng để cô lập và cô đặc oxy, tùy thuộc vào độ tinh khiết và nhu cầu ứng dụng.

Hấp phụ biến đổi áp suất (PSA) là công nghệ được sử dụng phổ biến nhất để tạo oxy công nghiệp. PSA được đánh giá cao về độ tin cậy và hiệu quả trong việc tạo oxy tại chỗ vì quy trình này đảm bảo cung cấp oxy liên tục ở độ tinh khiết lên đến 95%.

Thông thường được sử dụng trong các ứng dụng nhỏ hơn:

• Y tế
• Các ứng dụng công nghiệp như cắt kim loại, hàn
• Xử lý nước thải
• Nuôi trồng thủy sản

Quy trình này sử dụng một cặp bình áp suất được lấp đầy rây phân tử cacbon (CMS). Vật liệu xốp này bẫy hiệu quả nitơ, cacbon dioxit, hơi nước và các khí vi lượng khác từ khí nén, đồng thời cho phép oxy có độ tinh khiết cao đi qua. Khi một bình hấp thụ, bình còn lại trải qua quá trình tái tạo bằng cách giảm áp suất và giải phóng khí thu được, cho phép hoạt động liên tục. Quy trình này sử dụng một cặp bình áp suất chứa các vật liệu hấp phụ gốc carbon (hạt CMS - carbon molecular sieve). Vật liệu xốp này có khả năng giữ lại nitơ, khí CO₂, hơi nước và các khí vi lượng khác từ khí nén, đồng thời cho phép oxy tinh khiết đi qua. Khi một bình đang hấp phụ, bình còn lại sẽ được tái sinh bằng cách giảm áp suất và giải phóng các khí đã giữ lại, nhờ đó đảm bảo quá trình vận hành liên tục.

VPSA là một công nghệ tạo oxy hoạt động tương tự như PSA nhưng sử dụng chân không trong giai đoạn tái tạo, giảm tiêu thụ năng lượng và cải thiện hiệu quả. Công nghệ này thường được áp dụng trong các hoạt động quy mô lớn, nơi tiết kiệm năng lượng là yếu tố quan trọng.

Thông thường được sử dụng trong các ứng dụng lớn hơn:

• Ngành thép và hóa dầu
• Sản xuất khí sinh học
• Sản xuất công suất lớn với trọng tâm vào hiệu quả năng lượng

Phương pháp này sử dụng màng bán thấm để lọc không khí. Nitơ và các khí khác đi qua các thành màng khác với oxy, cho phép dòng khí giàu oxy. Độ tinh khiết thấp hơn (30-40%), nhưng thiết lập đơn giản và nhỏ gọn.

Các ứng dụng:

• Xử lý nước thải
• Quy trình khử nitơ
• Các ứng dụng không yêu cầu độ tinh khiết oxy cao

Máy tạo oxy hóa học tạo ra oxy thông qua các phản ứng hóa học, chẳng hạn như phân hủy natri clorat. Những hệ thống này nhỏ gọn và thường được sử dụng trong môi trường kín hoặc khẩn cấp.

Các ứng dụng:

• Các trường hợp khẩn cấp (máy bay, tàu ngầm)
• Cung cấp oxy di động trong không gian hạn chế

Máy tạo khí oxy được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp nhờ hiệu suất cao và hiệu quả về chi phí.

Dưới đây là một số ứng dụng về khí oxy công nghiệp:

• Sản xuất kim loại: Oxy hỗ trợ đốt cháy nhiên liệu ở nhiệt độ cao hơn, cần thiết cho các quy trình như sản xuất thép và hàn.
• Xử lý nước thải: Oxy cải thiện hiệu quả của vi khuẩn trong việc phân hủy vật liệu hữu cơ.
• Sản xuất kính: Ngọn lửa giàu oxy tạo ra nhiệt độ cao hơn, nâng cao chất lượng kính.
• Nuôi trồng thủy sản: Nồng độ oxy tăng trong nước giúp tăng cường sự phát triển và sức khỏe của cá.
• Cơ sở y tế: Cung cấp oxy đáng tin cậy cho các liệu pháp hô hấp và chăm sóc khẩn cấp.

Luôn tuân thủ quy trình an toàn khi sản xuất và lưu trữ oxy tại chỗ:

• Bảo đảm hệ thống thông gió phù hợp trong phòng máy tạo khí và những khu vực khép kín.
• Đặt hệ thống khí oxy cách xa các vật liệu dễ cháy.
• Kiểm tra bộ lọc và van thường xuyên.
• Sử dụng hệ thống báo động để giám sát độ tinh khiết và mức áp suất của oxy.
• Sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE - Personal Protective Equipment) như găng tay cách điện, kính bảo hộ và tấm chắn mặt.

Lưu ý: Không nên sử dụng oxy công nghiệp trong trường hợp khẩn cấp y tế trừ khi đáp ứng các tiêu chuẩn cấp y tế.

Việc lựa chọn máy tạo oxy phù hợp phụ thuộc vào mức độ tinh khiết, thể tích sử dụng và nhu cầu vận hành mà bạn cần. Tạo khí oxy tại chỗ, đặc biệt là sử dụng công nghệ PSA (Hấp phụ biến đổi áp suất), thường là giải pháp tiết kiệm chi phí và đáng tin cậy nhất, không cần giao hàng. 

Để chọn hệ thống phù hợp nhất, hãy xem xét những điều sau: 

• các yêu cầu về độ tinh khiết (ví dụ: sử dụng trong y tế so với công nghiệp), 
• tốc độ lưu lượng (oxy cần thiết cho mỗi phút/giờ),  
• không gian và bảo trì (khu vực lắp đặt có sẵn và công suất dịch vụ), 
• ngân sách (chi phí ban đầu và dài hạn), 
• và các quy định về an toàn (tuân thủ các tiêu chuẩn công nghiệp liên quan). 

Trong khi oxy đóng chai hoặc oxy lỏng có thể phù hợp với nhu cầu cụ thể trong thời gian ngắn hoặc khối lượng lớn, các hệ thống tạo khí tại chỗ cung cấp khả năng tự chủ, hiệu quả và an toàn cao hơn trong các ứng dụng như chăm sóc sức khỏe, nuôi trồng thủy sản và sản xuất.