Khí Công Nghiệp Là Gì? Phân Loại & Ứng Dụng Thực Tế

Trong các ngành công nghiệp hiện đại, khí công nghiệp là nguyên liệu phụ trợ và yếu tố chiến lược quyết định nhất lượng, hiệu suất và độ an toàn của sản xuất. Bài viết sau đây sẽ cung cấp cái nhìn toàn diện về khí công nghiệp chi tiết về khái niệm, phân loại, quy trình sản xuất và các ứng dụng thực tiễn trong nhiều lĩnh vực công nghiệp trọng điểm khác nhau.

Khí công nghiệp là gì?

Khí công nghiệp trong sản xuất

Khí công nghiệp được hiểu đơn giản là các loại khí được sản xuất và sử dụng phục vụ cho mục đích công nghiệp, thay vì tiêu dùng thông thường. Chúng tồn tại ở dạng khí, dạng lỏng hoặc nén áp suất cao tùy vào cách lưu trữ và ứng dụng. 

Thành phần phổ biến của khí công nghiệp gồm oxy, nitơ, hydro, argon, heli và một khí đặc biệt như SF₆. Những loại khí này được sản xuất chủ yếu bằng công nghệ tách không khí, chưng cất lạnh hoặc tổng hợp hóa học, đạt độ tinh khiết cao theo tiêu chuẩn từng ngành.

Các loại khí công nghiệp phổ biến

Trong thực tế, khí công nghiệp rất đa dạng, được phân loại dựa vào thành phần hóa học, đặc tính vật lý và ứng dụng trong sản xuất. Dưới đây là 6 loại khí công nghiệp phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Khí Nitơ (Nitrogen – N2)

Khí nitơ là loại khí chiếm tỷ lệ lớn nhất trong không khí (khoảng 78%) và là khí trơ, không màu, không mùi, không vị, có khả năng ngăn chặn quá trình oxy hóa và bảo vệ vật liệu trong môi trường kín.

Khí nitơ chiếm tỷ lệ lớn nhất trong không khí

Đặc điểm nổi bật:

Không màu, không mùi, không vị, không độc hại.

Có tính trơ hóa học, không duy trì sự cháy.

Có thể được hóa lỏng ở nhiệt độ cực thấp (-196°C).

Khí Oxy (O2)

Oxy là loại khí công nghiệp không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là y tế, luyện kim và hàn cắt kim loại. Khí này duy trì sự cháy và giúp nâng cao hiệu suất phản ứng hóa học, cải thiện chất lượng sản phẩm trong các quy trình công nghiệp.

Khí oxy duy trì sự cháy và giúp nâng cao hiệu suất

Đặc điểm:

Màu xanh nhạt ở dạng lỏng, không màu khi ở thể khí.

Hỗ trợ sự cháy nhưng không tự cháy.

Dễ hóa lỏng ở -183°C.

Khí Hydro (H2)

Khí Hydro là loại khí công nghiệp nhẹ nhất, có khả năng cháy mạnh và là nguồn năng lượng sạch tiềm năng của tương lai. Với tính năng đặc biệt, khí Hydro được ứng dụng trong nhiều ngành nghề từ hóa dầu, điện tử đến công nghệ năng lượng.

Khí hydro là loại khí công nghiệp nhẹ nhất

Đặc điểm của khí Hydro:

Nhẹ nhất trong tất cả các khí, dễ cháy, không màu, không mùi.

Dễ hóa lỏng ở -253°C.

Có khả năng tạo phản ứng tỏa nhiệt lớn khi kết hợp với oxy.

Khí Argon (Ar)

Khí argon được sử dụng rộng rãi trong ngành cần môi trường “trơ”

Nếu nói đến khí công nghiệp trơ thì Argon là lựa chọn hàng đầu, chiếm khoảng 0.93% trong không khí và được tách ra trong quá trình chưng cất phân đoạn không khí lỏng. Nhờ tính chất hóa học ổn định, Argon được sử dụng rộng rãi trong các ngành cần môi trường “trơ” để tránh phản ứng không mong muốn.

Đặc điểm nổi bật:

Khí trơ, không màu, không mùi, không độc hại.

Không duy trì sự cháy.

Nặng hơn không khí.

Khí Heli (He)

Heli loại khí quý hiếm và có giá trị cao trong lĩnh vực khoa học, y tế và công nghệ cao. Với đặc tính không cháy, không phản ứng, nhẹ hơn không khí và có khả năng truyền nhiệt tốt.

Khí heli là khí quý hiếm và không cháy

Đặc điểm của khí Heli:

Nhẹ thứ hai sau Hydro.

Không màu, không mùi, không vị, không độc.

Không cháy và có tính trơ tuyệt đối.

Khí SF6 (Sulfur Hexafluoride)

Sulfur Hexafluoride (SF₆) là khí công nghiệp đặc biệt, thường được sử dụng trong lĩnh vực điện, đặc biệt là thiết bị đóng cắt cao áp. Mặc dù chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong tổng sản lượng khí công nghiệp, SF₆ lại giữ vai trò cực kỳ quan trọng nhờ khả năng cách điện vượt trội.

Khí SF₆ là khí công nghiệp đặc biệt

Đặc điểm của khí SF₆:

Không màu, không mùi, không cháy, không độc.

Có khả năng cách điện và dập hồ quang rất tốt.

Nặng hơn không khí 5 lần.

Quy trình sản xuất

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các ngành sản xuất, khí công nghiệp được sản xuất bằng nhiều phương pháp, tùy thuộc vào loại khí cần tạo ra và độ tinh khiết mong muốn. Dù quy trình sản xuất có sự khác biệt giữa các loại khí, nhìn chung đều tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về an toàn, kỹ thuật và kiểm định chất lượng.

Quy trình sản xuất của khí công nghiệp

Chưng cất phân đoạn không khí: Là phương pháp sản xuất chủ yếu để tách các khí như oxy (O₂), nitơ (N₂) và argon (Ar) từ không khí. Không khí tự nhiên chứa khoảng 78% nitơ, 21% oxy và 0.93% argon cùng một lượng nhỏ các khí khác.

Điện phân nước: Một số loại khí công nghiệp đặc biệt như hydro (H₂), oxy (O₂) hoặc clo (Cl₂) thường được tạo ra bằng phản ứng hóa học hoặc điện phân dung dịch.

Reforming khí tự nhiên: Trong một số ngành sản xuất, khí công nghiệp có thể được thu hồi từ phụ phẩm hoặc dòng khí thải, sau đó được tinh chế và tái sử dụng. Phương pháp này vừa tiết kiệm tài nguyên, vừa giảm ô nhiễm môi trường.

Công nghệ hấp thụ: Sau khi được sản xuất, khí công nghiệp phải được bảo quản và vận chuyển trong điều kiện an toàn tuyệt đối. Tùy loại khí và mục đích sử dụng, chúng có thể tồn tại ở các dạng khác nhau.

Tách khí từ các quá trình công nghiệp khác: Bên cạnh sản xuất trực tiếp, nhiều loại khí công nghiệp còn được thu hồi từ các quy trình sản xuất khác để tận dụng tài nguyên và giảm chi phí.

Việc tái sử dụng và thu hồi khí công nghiệp không chỉ giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí mà còn góp phần giảm phát thải khí nhà kính, hướng tới sản xuất bền vững và thân thiện với môi trường.

Vận chuyển và lưu trữ khí công nghiệp: Sau khi được sản xuất, khí công nghiệp cần được lưu trữ và vận chuyển an toàn đến nơi tiêu thụ. Tùy theo trạng thái và loại khí, sẽ có những phương án bảo quản khác nhau.

Ứng dụng của khí công nghiệp

Ngày nay, khí công nghiệp đóng vai trò không thể thay thế trong nhiều lĩnh vực của đời sống và sản xuất hiện đại. Tùy vào đặc tính vật lý, hóa học và mức độ tinh khiết, mỗi loại khí lại có những ứng dụng riêng biệt. Dưới đây là những lĩnh vực tiêu biểu đang ứng dụng khí công nghiệp một cách rộng rãi và hiệu quả nhất.

Ứng dụng của khí công nghiệp trong y tế, ngành thực phẩm

Trong y tế

Ngành y tế là một trong những lĩnh vực tiêu thụ khí công nghiệp lớn và đòi hỏi tiêu chuẩn tinh khiết cao nhất. Các loại khí như oxy, nitơ, N₂O, CO₂ hay khí nén y tế đóng vai trò quan trọng trong điều trị, phẫu thuật và nghiên cứu sinh học.

- Oxy y tế là khí thiết yếu giúp duy trì sự sống, được sử dụng trong bệnh viện, phòng hồi sức, trung tâm cấp cứu và chăm sóc tại nhà.

- Nitơ lỏng được ứng dụng trong bảo quản tế bào gốc, máu, mô ở nhiệt độ cực thấp, đồng thời được dùng trong phẫu thuật lạnh để loại bỏ mô bệnh lý.

- Khí N₂O hay còn gọi là “khí gây cười” có tác dụng gây mê và giảm đau trong nha khoa, phẫu thuật nhẹ.

- Khí CO₂ được dùng trong phẫu thuật nội soi để bơm phồng khoang cơ thể giúp bác sĩ thao tác thuận lợi hơn.

Trong ngành thực phẩm

Ngành thực phẩm là một trong những lĩnh vực ứng dụng khí công nghiệp rộng rãi và sáng tạo nhất. Nhờ đặc tính trơ, tinh khiết và an toàn, nhiều loại khí được sử dụng trong quá trình chế biến, bảo quản và đóng gói sản phẩm.

- Khí nitơ được dùng để bảo quản thực phẩm bằng cách thay thế không khí trong bao bì, giúp ngăn ngừa quá trình oxy hóa và ức chế sự phát triển của vi sinh vật.

- Khí CO₂ được ứng dụng trong đồ uống có gas như ước ngọt, bia giúp tạo bọt và hương vị đặc trưng.

- Khí oxy tinh khiết có thể được sử dụng để thúc đẩy quá trình lên men trong sản xuất bánh mì, rượu hoặc nuôi cấy vi sinh vật.

- Trong các nhà máy chế biến thủy sản , nitơ lỏng giúp làm đông nhanh thực phẩm, giữ được cấu trúc, màu sắc và dinh dưỡng tự nhiên.

Công nghiệp luyện kim và hàn cắt, điện tử và bán dẫn trong ứng dụng của khí công nghiệp

Công nghiệp luyện kim và hàn cắt

Công nghiệp luyện kim và hàn cắt là lĩnh vực truyền thống và cũng là ngành tiêu thụ khí công nghiệp lớn nhất hiện nay. Từ luyện gang thép đến gia công kim loại, các loại khí đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia nhiệt, cắt gọt và bảo vệ vật liệu.

- Oxy kết hợp với acetylene hoặc propan được sử dụng trong hàn và cắt kim loại nhờ khả năng tạo ngọn lửa có nhiệt độ lên đến hơn 3.000°C.

- Argon và heli là khí bảo vệ trong hàn TIG, MIG, hai phương pháp hàn hiện đại giúp ngăn oxy hóa, tạo mối hàn sáng và bền chắc.

- Nitơ được dùng để tạo áp suất, thổi sạch và bảo vệ bề mặt kim loại trong các quy trình nhiệt luyện.

- Hydro có tác dụng khử oxy trong luyện kim giúp tăng độ tinh khiết của vật liệu và giảm tạp chất.

Công nghiệp điện tử và bán dẫn

Trong các ngành công nghệ cao như sản xuất vi mạch, chip bán dẫn, màn hình LED hay tấm pin năng lượng mặt trời, khí công nghiệp có độ tinh khiết siêu cao là yếu tố không thể thiếu.

- Argon và heli được sử dụng để tạo môi trường trơ, ngăn phản ứng hóa học trong quá trình sản xuất linh kiện điện tử.

- Nitơ khô giúp sấy linh kiện, bảo quản chip và bảng mạch, tránh hiện tượng ẩm, oxy hóa.

- SF₆ (Lưu huỳnh Hexaflorua) được dùng trong thiết bị điện cao áp và quy trình khắc plasma để cách điện và bảo vệ mạch.

- Hydro tinh khiết được dùng làm khí khử trong sản xuất tấm silicon và vi mạch điện tử.

Ứng dụng đặc biệt của khí công nghiệp

Trong ngành năng lượng

Sự phát triển của năng lượng tái tạo và xu hướng giảm phát thải carbon đã khiến khí công nghiệp trở thành một phần quan trọng của ngành năng lượng hiện đại.

- Hydro được xem là nguồn năng lượng sạch của tương lai, có thể dùng trong pin nhiên liệu, phương tiện chạy bằng hydro hoặc sản xuất điện không phát thải CO₂.

- Oxy được sử dụng trong quá trình đốt cháy có kiểm soát giúp tăng hiệu suất và giảm khí thải độc hại.

- CO₂ sau khi được thu hồi từ công nghiệp hóa chất hoặc năng lượng được tái sử dụng trong công nghệ lưu trữ carbon nhằm hạn chế phát thải khí nhà kính.

- Khí SF₆ được dùng làm chất cách điện và dập hồ quang trong hệ thống điện cao áp, đảm bảo an toàn và ổn định cho lưới điện quốc gia.

Trong nghiên cứu và giáo dục

Các phòng thí nghiệm, trường đại hoặc và viện nghiên cứu khoa học đều cần đến khí công nghiệp để thực hiện các thí nghiệm, nghiên cứu hóa học, sinh học, vật lý và kỹ thuật.

- Khí argon, heli và nitơ được sử dụng để tạo môi trường trơ, đảm bảo kết quả thí nghiệm chính xác.

- CO₂ và O₂ dùng trong các thí nghiệm sinh học, nuôi cấy vi sinh vật, tế bào.

- Khí hydro và acetylene được dùng làm nhiên liệu trong ngọn lửa phân tích quang phổ hoặc thiết bị đốt nhiệt độ cao.

- Khí chuẩn được sử dụng để kiểm định và hiệu chuẩn thiết bị đo trong phòng thí nghiệm.

Trong hàng không - vũ trụ

Ngành hàng khô và vũ trụ là lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác và an toàn tuyệt đối, do đó khí công nghiệp đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong chế tạo, thử nghiệm và vận hành thiết bị.

- Heli được dùng để làm mát động cơ tên lửa, bơm nhiên liệu lỏng và kiểm tra rò rỉ hệ thống áp suất cao.

- Oxy lỏng là chất oxy hóa chính trong động cơ tên lửa, kết hợp với nhiên liệu như hydro để tạo lực đẩy mạnh mẽ.

- Nitơ và argon được dùng để làm sạch, làm khô và kiểm tra độ kín trong sản xuất linh kiện hàng không.

- Trong ngành vũ trụ, khí heli và hydro còn được sử dụng trong mô phỏng môi trường không gian, thử nghiệm thiết bị và kiểm tra độ chịu đựng của vật liệu.

Nhờ ứng dụng các loại khí công nghiệp có độ tinh khiết cao, ngành hàng không - vũ trụ có thể đảm bảo hiệu suất, an toàn và độ tin cậy tuyệt đối trong mỗi chuyến bay và sứ mệnh khám phá không gian.

Có thể thấy, khí công nghiệp giữ vai trò thiết yếu trong hầu hết các lĩnh vực sản xuất và đời sống từ y tế, thực phẩm, luyện kim cho đến năng lượng và công nghệ cao. Mỗi loại khí mang trong mình những đặc tính và ứng dụng riêng, góp phần tạo nên nền tảng cho sự phát triển bền vững của nền công nghiệp hiện đại.

Việc hiểu rõ từng loại khí, quy trình sản xuất cũng như cách sử dụng an toàn giúp doanh nghiệp tối ưu hiệu quả sản xuất và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho những người lao động trong môi trường độc hại.

Là một doanh nghiệp hoạt động nhiều năm trong lĩnh vực thiết bị bảo hộ lao động, Bảo Hộ An Toàn Việt luôn đồng hành cùng các nhà máy, xí nghiệp và cơ sở sản xuất trong việc nâng cao ý thức an toàn, bảo vệ sức khỏe người lao động. 

Bên cạnh việc cung cấp đa dạng sản phẩm như nón bảo hộ, giày bảo hộ, găng tay bảo hộ, mặt nạ phòng độc… công ty còn tư vấn giải pháp an toàn tổng thể giúp khách hàng sử dụng khí công nghiệp và thiết bị kỹ thuật một cách hiệu quả, đúng quy chuẩn.