منظور از گاز overhead در میکس های گازی چیست؟

سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778

در صنایع گاز، نفت، پتروشیمی و حتی آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، واژه‌های فنی متعددی به کار می‌روند که هر کدام مفهومی خاص دارند. یکی از اصطلاحات پرکاربرد در فرآیندهای جداسازی، پالایش و همچنین در طراحی و استفاده از میکس‌های گازی (Gas Mixtures)، واژه‌ی Overhead Gas یا همان گاز بالاسری است. این اصطلاح به‌ویژه در سیستم‌های تقطیر، برج‌های جداسازی، و حتی در واحدهای تولید گازهای ترکیبی اهمیت ویژه‌ای دارد. شناخت دقیق معنای گاز Overhead، نقش آن درمخلوط های گازی و اثرات آن در کیفیت محصول نهایی، موضوعی است که در این مقاله به صورت تخصصی و جامع بررسی می‌کنیم.

تعریف گاز Overhead در فرآیندهای صنعتی

گاز Overhead در ساده‌ترین تعریف، به بخشی از گاز یا بخاراتی گفته می‌شود که از بالای یک برج تقطیر یا واحد جداسازی خارج می‌شود. این جریان در مقابل جریان Bottoms یا محصولات سنگین قرار دارد که از پایین برج خارج می‌شوند.

به عنوان مثال در یک برج تقطیر که برای جداسازی مخلوط هیدروکربن‌ها استفاده می‌شود:

گازهای سبک‌تر (مانند متان، اتان یا نیتروژن) به دلیل داشتن نقطه جوش پایین‌تر، به سمت بالای برج حرکت می‌کنند و در نهایت به عنوان Overhead Gas جمع‌آوری می‌شوند.

ترکیبات سنگین‌تر (مانند پروپان، بوتان یا ترکیبات سنگین‌تر) در بخش پایینی برج باقی می‌مانند و به‌صورت مایع یا گاز سنگین از پایین خارج می‌شوند.

این تقسیم‌بندی اهمیت زیادی دارد زیرا تعیین می‌کند که کدام اجزای مخلوط در ترکیب نهایی میکس گازی حضور خواهند داشت.

جایگاه گاز Overhead در میکس‌های گازی

وقتی از مخلوط های گازی (Gas Mixtures) صحبت می‌کنیم، منظور ترکیباتی است که از چند گاز مختلف با درصدهای دقیق و مشخص ساخته می‌شوند. این میکس‌ها در کاربردهای گوناگونی مانند کالیبراسیون دستگاه‌های دتکتور گاز، صنایع جوشکاری، داروسازی، تحقیقات علمی و صنایع غذایی استفاده می‌شوند.

گاز Overhead در این میان نقش تعیین‌کننده دارد. در بسیاری از موارد، گازهای سبک‌تر و فرارتر که در بخش Overhead قرار می‌گیرند، پایه اصلی میکس‌های گازی را تشکیل می‌دهند. به عنوان مثال:

در تولید مخلوط‌های گازی آزمایشگاهی، معمولاً گازهای Overhead مانند نیتروژن، متان یا هیدروژن به عنوان Carrier Gas یا گاز حامل به کار می‌روند.

در صنعت پتروشیمی، گازهای Overhead مانند متان و اتان، پایه اصلی بسیاری از میکس‌های فرآیندی یا گازهای سوختی را می‌سازند.

تفاوت گاز Overhead با Bottoms در میکس‌های گازی

برای درک بهتر نقش گاز Overhead، لازم است آن را با جریان پایین‌دستی (Bottoms) مقایسه کنیم:

خواص فیزیکی و شیمیایی

گازهای Overhead سبک‌تر، دارای وزن مولکولی کمتر و نقطه جوش پایین‌تر هستند.

محصولات Bottoms معمولاً سنگین‌تر بوده و ممکن است در دما و فشار محیط به صورت مایع باقی بمانند.

کاربرد در مخلوط های گازی

گازهای Overhead به دلیل خلوص بالا و سبکی، بیشتر به‌عنوان اجزای اصلی میکس‌های آزمایشگاهی و کالیبراسیونی استفاده می‌شوند.

اجزای Bottoms معمولاً در میکس‌های صنعتی مانند گازهای جوشکاری یا سوختی کاربرد دارند.

نقش در طراحی فرایند

کنترل کیفیت جریان Overhead اهمیت زیادی در تعیین ترکیب نهایی میکس گازی دارد.

در مقابل، جریان Bottoms بیشتر بر بازدهی اقتصادی و بازیافت ترکیبات ارزشمند تمرکز دارد.

اهمیت گاز Overhead در کنترل خلوص میکس‌های گازی

یکی از مهم‌ترین جنبه‌های تولید میکس‌های گازی، دقت در درصد اجزا و خلوص نهایی است. گاز Overhead به دلیل آنکه معمولاً شامل اجزای سبک‌تر و فرارتر است، می‌تواند بر کیفیت مخلوط تأثیر زیادی داشته باشد.

به عنوان نمونه:

در یک میکس گازی کالیبراسیون برای دتکتور CO₂، گاز نیتروژن معمولاً به‌عنوان گاز بالانس انتخاب می‌شود. این نیتروژن اغلب از جریان Overhead واحد تقطیر هوا به دست می‌آید.

در میکس‌های حاوی متان یا هیدروژن، استفاده از جریان Overhead موجب تضمین خلوص بالا و کاهش آلودگی‌های احتمالی می‌شود.

نقش گاز Overhead در فرآیندهای تقطیر و جداسازی

فرآیندهای جداسازی مانند تقطیر جزء به جزء، جذب سطحی یا جذب شیمیایی، همگی با مفهوم Overhead گره خورده‌اند. در برج‌های تقطیر:

بخارات بالا رونده در اثر حرارت به سمت بالای برج حرکت می‌کنند.

در بالای برج، این بخارات به‌صورت گاز Overhead جمع‌آوری می‌شوند.

بسته به نوع فرآیند، ممکن است بخشی از این جریان دوباره به برج بازگردانده شود (Reflux) تا کیفیت جداسازی بهبود یابد.

در نتیجه، گاز Overhead نمایانگر اجزای سبک‌تر مخلوط است که در بسیاری از موارد، مبنای اصلی تولید میکس‌های گازی به شمار می‌رود.

نمونه‌هایی از گازهای Overhead پرکاربرد در میکس‌های گازی

برای درک بهتر، برخی از گازهایی که معمولاً به عنوان Overhead شناخته می‌شوند را معرفی می‌کنیم:

نیتروژن (N₂):

حاصل از فرآیند جداسازی هوا.

به‌عنوان گاز بالانس در بسیاری از میکس‌ها استفاده می‌شود.

متان (CH₄):

محصول Overhead در واحدهای گازی و پالایشگاه‌ها.

پایه اصلی گاز طبیعی و همچنین میکس‌های کالیبراسیون دتکتورهای گازی.

اتان (C₂H₆):

همراه با متان در جریان Overhead پالایشگاه‌ها.

کاربرد در صنایع پتروشیمی و تولید میکس‌های گازی.

هیدروژن (H₂):

به دلیل سبکی و فراریت بالا، اغلب به‌عنوان جریان Overhead جداسازی‌ها خارج می‌شود.

استفاده گسترده در میکس‌های گازی آزمایشگاهی و فرآیندهای پالایشی.

کاربردهای گاز Overhead در صنایع مختلف

۱. صنعت نفت و گاز

در پالایشگاه‌ها، گازهای Overhead بخش مهمی از سوخت، خوراک صنایع پایین‌دستی و همچنین مخلوط های گازی صنعتی را تشکیل می‌دهند.

۲. صنایع پتروشیمی

گازهای Overhead مانند متان و اتان به‌عنوان خوراک اصلی واحدهای تولید اتیلن و پروپیلن به کار می‌روند.

۳. صنایع آزمایشگاهی

میکس‌های کالیبراسیونی که از گازهای Overhead تولید می‌شوند، برای تنظیم و بررسی صحت عملکرد دستگاه‌هایی مانند GC (کروماتوگرافی گازی) و دتکتورهای گاز ضروری هستند.

۴. صنایع غذایی و پزشکی

نیتروژن و دی‌اکسیدکربن که اغلب از جریان Overhead جداسازی به دست می‌آیند، در بسته‌بندی مواد غذایی و فرآیندهای پزشکی کاربرد دارند.

چالش‌های مربوط به گاز Overhead در میکس‌های گازی

هرچند گاز Overhead مزایای زیادی دارد، اما چالش‌هایی نیز وجود دارد:

کنترل خلوص: به دلیل وجود ناخالصی‌های احتمالی، نیاز به فیلتراسیون و خالص‌سازی بیشتر دارد.

پایداری ترکیب: در برخی موارد، ترکیب گاز Overhead ممکن است بسته به شرایط عملیاتی برج تغییر کند.

انتخاب به‌عنوان گاز بالانس: همواره باید بررسی شود که آیا گاز Overhead برای کاربرد مورد نظر (مثلاً در دستگاه‌های حساس) مناسب است یا خیر.

استانداردها و آزمون‌های مرتبط با گاز Overhead در میکس‌ها

برای اطمینان از کیفیت گاز Overhead در مخلوط های گازی، آزمون‌ها و استانداردهای مختلفی وجود دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

ISO 17025: استاندارد بین‌المللی برای انجام آزمون‌های آزمایشگاهی و کالیبراسیون.

ASTM Standards: شامل روش‌های آزمایشی برای تعیین خلوص گازها و ترکیبات میکس.

EPA Protocol Gases: استانداردهای سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا برای میکس‌های کالیبراسیون.

این استانداردها تضمین می‌کنند که گاز Overhead مورد استفاده در میکس‌ها دارای کیفیت و خلوص لازم باشد.

گاز Overhead یکی از مفاهیم کلیدی در صنایع گاز و پتروشیمی است که به جریان گازهای سبک و فرار از بالای برج‌های تقطیر یا جداسازی اطلاق می‌شود. این گازها به دلیل خلوص بالا و ویژگی‌های فیزیکی خاص، در بسیاری از مخلوط های گازی آزمایشگاهی، صنعتی، غذایی و پزشکی کاربرد دارند. درک دقیق نقش گاز Overhead، نه تنها به طراحی و تولید مخلوط های گازی با کیفیت کمک می‌کند، بلکه باعث ارتقای ایمنی، بهینه‌سازی هزینه‌ها و افزایش کارایی در صنایع مختلف می‌شود.