ระบบเครื่องผลิตก๊าซอุตสาหกรรม

ก๊าซมีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมการผลิต โดยเป็นเชื้อเพลิงสำหรับกระบวนการต่างๆ หรือสร้างชั้นบรรยากาศเฉพาะ และกลายมาเป็นส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย โดยรวมแล้วก๊าซมีความจำเป็นต่ออุตสาหกรรมการผลิต เนื่องจากมีบทบาทสำคัญในกระบวนการต่างๆ และมีส่วนช่วยในการผลิตสินค้าจำนวนนับไม่ถ้วน

• เหล็กและเหล็กกล้า: ก๊าซออกซิเจนใช้ในเตาเผาเพื่อเพิ่มอุณหภูมิและประสิทธิภาพในการผลิตเหล็ก ก๊าซไนโตรเจนยังใช้เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของโลหะ และก๊าซอาร์กอนใช้ในการเชื่อมโลหะ
• สารเคมี: ก๊าซเป็นวัตถุดิบสำคัญในการผลิตสารเคมีต่างๆ เช่น ก๊าซธรรมชาติที่ใช้ในการผลิตปุ๋ยเคมี ก๊าซไฮโดรเจนที่ใช้ในกระบวนการผลิตแอมโมเนีย และก๊าซคลอรีนที่ใช้ในการผลิตพลาสติกและยาฆ่าแมลง
• อาหารและเครื่องดื่ม: ก๊าซไนโตรเจนใช้ในการถนอมอาหารและรักษาความสด ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ใช้ในการผลิตเครื่องดื่มอัดลม และก๊าซออกซิเจนใช้ในการบำบัดน้ำเสีย
• อิเล็กทรอนิกส์: ก๊าซไนโตรเจนใช้ในการผลิตส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน และก๊าซอาร์กอนใช้ในการผลิตหลอดไฟ

ก๊าซมีบทบาทสำคัญในการทำงานของห้องปฏิบัติการ โดยมีการนำไปใช้งานหลากหลายตั้งแต่แหล่งพลังงานและกระบวนการวิเคราะห์ไปจนถึงการบำรุงรักษาเครื่องมือและอุปกรณ์

• ก๊าซเฉื่อย: ตัวอย่างได้แก่ อาร์กอน (Ar) ฮีเลียม (He) และไนโตรเจน (N2) ก๊าซเหล่านี้ใช้ในกระบวนการที่ต้องใช้สภาพแวดล้อมที่ไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น การเชื่อม การวิเคราะห์ด้วยแก๊สโครมาโทกราฟี หรือการจัดเก็บสารเคมี
• ก๊าซไวไฟ: ตัวอย่างได้แก่ ไฮโดรเจน (H2) และอะเซทิลีน (C2H2) ก๊าซเหล่านี้ใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องมือบางชนิด เช่น สเปกโตรสโคปีการดูดกลืนอะตอม หรือสำหรับการสร้างเปลวไฟในการทดลอง
• ก๊าซออกซิไดซ์: ตัวอย่างได้แก่ ออกซิเจน (O2) ใช้ในกระบวนการเผาไหม้หรือในเครื่องมือวิเคราะห์บางชนิด
• ก๊าซพิษ: ตัวอย่างได้แก่ คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และคลอรีน (Cl2) ก๊าซเหล่านี้ใช้ในพื้นที่วิจัยเฉพาะ แต่ต้องมีมาตรการด้านความปลอดภัยที่เข้มงวด
• ก๊าซอื่นๆ: ตัวอย่างได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ใช้ในการเพาะเลี้ยงเซลล์หรือเพื่อปรับค่า pH ของสารละลาย

หลักการทำงานของเครื่องผลิตก๊าซแต่ละประเภทจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของก๊าซที่ผลิตและเทคโนโลยีที่ใช้ โดยทั่วไป หลักการทำงานสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่

การแยกก๊าซออกจากอากาศ:

• การดูดซับด้วยแรงดันสวิง (PSA):
  • หลักการทำงาน: ใช้วัสดุดูดซับ เช่น Carbon Molecular Sieve (CMS) หรือซีโอไลต์ เพื่อดักจับก๊าซอื่นๆ จากอากาศภายใต้แรงดันสูง จากอากาศภายใต้แรงดันสูง เมื่อความดันลดลง สารดูดซับจะปล่อยก๊าซที่จับได้ออกมา
  • การใช้งาน: ใช้ในการผลิตไนโตรเจนและออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง
• การแยกก๊าซผ่านเมมเบรน:
  • หลักการทำงาน: ใช้วัสดุเมมเบรนที่มีรูพรุนขนาดเล็กเพื่อแยกก๊าซ ก๊าซที่มีขนาดโมเลกุลเล็กสามารถผ่านเมมเบรนได้เร็วกว่าก๊าซที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่
  • การใช้งาน: ใช้ในการผลิตไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์ปานกลาง

การผลิตก๊าซจากกระบวนการทางเคมี:

• การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า:
  • หลักการทำงาน: ใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อแยกโมเลกุลของน้ำ (H2O) ออกเป็นก๊าซไฮโดรเจน (H2) และก๊าซออกซิเจน (O2)
  • การใช้งาน: ใช้ในการผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง
• การผลิตก๊าซชีวภาพ:
  • หลักการทำงาน: ใช้กระบวนการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนเพื่อย่อยสลายสารอินทรีย์โดยจุลินทรีย์ในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจน ผลิตก๊าซชีวภาพซึ่งประกอบด้วยก๊าซมีเทน (CH4) เป็นหลัก
  • การใช้งาน: ใช้ในการผลิตก๊าซมีเทนเป็นเชื้อเพลิง

การผลิตก๊าซโดยการทำความเย็น:

• การกลั่นด้วยไครโอเจนิก:
  • หลักการทำงาน: ใช้จุดเดือดที่แตกต่างกันของก๊าซแต่ละชนิดในอากาศเพื่อแยกก๊าซออก อากาศจะถูกทำให้เย็นลงจนกลายเป็นของเหลว จากนั้นจึงค่อยๆ เพิ่มอุณหภูมิเพื่อให้ก๊าซแต่ละชนิดระเหยออกไป
  • การใช้งาน: ใช้ในการผลิตออกซิเจน ไนโตรเจน และอาร์กอนที่มีความบริสุทธิ์สูงมากในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่”

เรามาทำความเข้าใจกันให้ชัดเจน: ก๊าซอุตสาหกรรมที่มีความบริสุทธิ์สูงสุดไม่ใช่ก๊าซ “ที่ดีที่สุด” ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์ 99.999% ไม่จำเป็นต้อง “ดีกว่า” N2 ที่มีความบริสุทธิ์ 95% เสมอไป ไนโตรเจนมีความเข้มข้นของไนโตรเจนสูงกว่าเมื่อเทียบกับก๊าซรอง (ส่วนใหญ่เป็นออกซิเจน) การใช้งานที่ใช้ก๊าซจะกำหนดความบริสุทธิ์ที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนกับโลหะ (เช่น การตัดด้วยเลเซอร์และการอบ) จำเป็นต้องมีไนโตรเจนบริสุทธิ์สูงเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิที่สูงขึ้น ในทางกลับกัน การใช้งานการห่อหุ้มส่วนใหญ่ต้องการไนโตรเจนบริสุทธิ์เพียง 95-98% เท่านั้นจึงจะบรรลุเป้าหมายในการหลีกเลี่ยงไฟไหม้และการระเบิด การใช้ N2 ที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่าในการห่อหุ้มจะไม่ก่อให้เกิดประโยชน์เพิ่มเติมใดๆ

เหตุใดการกำหนดความบริสุทธิ์ของก๊าซให้เกินมาตรฐานจึงมีความสำคัญ เนื่องจากเครื่องกำเนิดก๊าซในสถานที่ทำให้บริษัทต่างๆ มีอิสระในการผลิตออกซิเจนหรือไนโตรเจนของตนเองด้วยความบริสุทธิ์ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน ซึ่งทำให้บริษัทสามารถลดต้นทุนของก๊าซอุตสาหกรรมได้อย่างมาก เนื่องจากการผลิตก๊าซที่มีความบริสุทธิ์ต่ำกว่านั้นต้องใช้พลังงานน้อยกว่า

ในทางกลับกัน ก๊าซที่ซื้อในถังบรรจุ ดีวาร์ หรือการจัดส่งแบบจำนวนมาก มักจะมีความบริสุทธิ์สูงเสมอ เนื่องมาจากกระบวนการผลิตแบบแช่เย็น ซึ่งหมายความว่าผู้ใช้จำนวนมากจะได้รับ (และจ่ายเงินเกิน) ก๊าซที่มีความบริสุทธิ์สูง ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้สำหรับการใช้งาน

คุณภาพของก๊าซอุตสาหกรรมหมายถึงการมีอยู่ของสารปนเปื้อน สารปนเปื้อนเหล่านี้แบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่ ฝุ่น น้ำ และน้ำมัน ตามที่ระบุไว้ในมาตรฐานสากล ISO 8573-1 การใช้งานในอุตสาหกรรมจำนวนมากมีข้อกำหนดเฉพาะของคลาส ISO 8573-1 ซึ่งเข้มงวดยิ่งขึ้นสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยา อาหารและเครื่องดื่ม แน่นอนว่าคุณภาพของก๊าซที่ต่ำกว่ามาตรฐานเป็นปัญหาสำหรับทุกการใช้งาน เนื่องจากการปนเปื้อนและการกัดกร่อนอาจส่งผลต่อระบบการผลิตและผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

ซึ่งหมายความว่าก๊าซอาจมีความบริสุทธิ์สูง แต่ไม่จำเป็นต้องเป็นคุณภาพสูงเสมอไป นี่เป็นหนึ่งในเหตุผลที่ก๊าซที่ซื้อมามีคุณภาพในอุตสาหกรรม อาหาร และอื่นๆ ที่แตกต่างกัน ความบริสุทธิ์สูงของก๊าซจะคงที่เนื่องจากกระบวนการผลิต แต่สามารถควบคุมคุณภาพได้มากขึ้น ซึ่งต้องแลกมาด้วยต้นทุน

เครื่องกำเนิดก๊าซในสถานที่ให้คุณภาพที่สูงกว่าตามมาตรฐาน เนื่องจากต้องใช้ลมเข้าที่สะอาดเพื่อทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือและเพื่อปกป้องส่วนประกอบต่างๆ ไนโตรเจนหรือออกซิเจนที่ผลิตขึ้นจึงมีคุณภาพสูงเช่นกัน ตัวอย่างเช่น เครื่องกำเนิดไนโตรเจนและออกซิเจนของ Atlas Copco ปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO 8573-1 Class [1:2:1] ที่เข้มงวดมากโดยค่าเริ่มต้น โดยสามารถใช้ระบบกรองเพิ่มเติมเพื่อให้การใช้งานเฉพาะทางสามารถเข้าถึง Class [1:1:0] ได้ ในกรณีนี้ คุณภาพสูงสุดจะไม่เป็นประโยชน์ต่อการใช้งานที่ไม่ต้องการ แม้ว่าจะมาพร้อมกับต้นทุนการกรองเพิ่มเติมก็ตาม

ในท้ายที่สุด เป้าหมายไม่ได้อยู่ที่การมีก๊าซที่มีความบริสุทธิ์และคุณภาพสูงสุด แต่เป็นเรื่องของการทำให้ทั้งสองอย่างถูกต้อง ซึ่งหมายความว่าการใช้งานคือกุญแจสำคัญ เช่นเดียวกับก๊าซและระบบการผลิตของผู้ใช้ เนื่องจากจุดเชื่อมต่อที่อ่อนแอที่สุดในระบบจะกำหนดระดับความบริสุทธิ์และคุณภาพที่สามารถรับประกันได้ การผลิตก๊าซที่มีคุณภาพสูงสุดนั้นไม่มีประโยชน์ใดๆ หากเครือข่ายที่จ่ายก๊าซนั้นถูกมลพิษ ไม่มีประโยชน์ใดๆ ที่จะใส่ไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์ 99.999% ลงในภาชนะบรรจุอาหาร หากวัสดุบรรจุภัณฑ์ไม่สามารถรักษาระดับความบริสุทธิ์นั้นไว้ได้

แม้ว่าก๊าซที่ซื้อมาจะมีความยืดหยุ่นจำกัดในด้านคุณภาพและแทบไม่มีความบริสุทธิ์เลย แต่การผลิตในสถานที่ช่วยให้ผู้ใช้สามารถตั้งค่าและบรรลุความบริสุทธิ์และคุณภาพของก๊าซที่ต้องการได้ นี่เป็นเหตุผลสำคัญที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในสถานที่โดยทั่วไปมักให้ประโยชน์จากราคาต่อหน่วยก๊าซที่ถูกกว่า ผู้ใช้สามารถผสมความบริสุทธิ์และคุณภาพของก๊าซให้เหมาะสมที่สุดเพื่อตอบสนองความต้องการในการผลิตด้วยประสิทธิภาพด้านต้นทุนสูงสุด

Parker เป็นผู้นำที่ได้รับการยอมรับในด้านเทคโนโลยีการกรอง การฟอก และการผลิตก๊าซ ปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์เครื่องกำเนิดก๊าซสำหรับห้องปฏิบัติการของ Parker รวมถึงเครื่องกำเนิดก๊าซสำหรับห้องปฏิบัติการที่มีความบริสุทธิ์สูง ได้กลายมาเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมในด้านคุณภาพและความน่าเชื่อถือ โดยผ่านการลงทุนอย่างมากในการวิจัยและพัฒนา นอกจากนี้ เครื่องกำเนิดก๊าซสำหรับห้องปฏิบัติการของ Parker ทั้งหมดยังเป็นไปตามข้อบังคับ NFPA 50A และ OSHA 1910.103 และเป็นเครื่องกำเนิดก๊าซเครื่องแรกที่สร้างขึ้นเพื่อให้ตรงตามมาตรฐานห้องปฏิบัติการทั่วโลก ได้แก่ CSA, UL และ IEC 61010

ค้นพบว่าเหตุใดเครื่องกำเนิดก๊าซในสถานที่ของเราจึงใช้งานง่าย ปลอดภัย คุ้มต้นทุน และให้คุณภาพและแรงดันของก๊าซที่เชื่อถือได้และสม่ำเสมอ