ઔદ્યોગિક વાયુઓ

ઔદ્યોગિક વાયુઓ : ઉદ્યોગોમાં શુદ્ધ સ્વરૂપે મોટા જથ્થામાં ઉપયોગમાં લેવાતા વાયુઓ. ઘણીવાર તેઓ પ્રવાહી અથવા નિમ્નતાપિકી (cryogenic) પ્રવાહી તરીકે પણ વપરાય છે. આવા વાયુઓમાં કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ (CO₂), હાઇડ્રોજન (H₂), નાઇટ્રોજન (N₂), ઑક્સિજન (O₂), ઉમદા (noble) વાયુઓ (હીલિયમ He, આર્ગોન Ar, નીઑન Ne, ક્રિપ્ટૉન Kr અને ઝીનૉન Xe), એસેટિલીન (C₂H₂), નાઇટ્રસ ઑક્સાઇડ (N₂O), કાર્બન મૉનૉક્સાઇડ (CO), સલ્ફર ડાયૉક્સાઇડ (SO₂), વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. આ વાયુઓનું ત્રણ પ્રકારમાં વર્ગીકરણ થઈ શકે : ઉપચાયકો (oxidisers), નિષ્ક્રિય (inert) વાયુઓ અને જ્વલનશીલ વાયુઓ. નિષ્ક્રિય પ્રકારમાં N₂, ઉમદા વાયુઓ, CO₂ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. ઑક્સિજન અને નાઇટ્રસ ઑક્સાઇડ જેવા વાયુઓ ઉપચાયકો છે, જ્યારે એસેટિલીન, પ્રવાહીકૃત કુદરતી વાયુ (LNG) વગેરે જ્વલનશીલ છે. Ar, N₂, O₂, He, H₂, Ne, Kr, Xeને નિમ્નતાપિકી (cryogenic) વાયુઓ કહે છે. (અત્યંત નીચા તાપમાને કાર્ય કરતી ઇજનેરી શાખાને નિમ્નતાપિકી કહે છે.) નિમ્નતાપિકી વાયુઓનાં સામાન્ય ઉત્કલનબિંદુ તથા શુદ્ધ હવામાં કદથી તેમનાં પ્રમાણ નીચે પ્રમાણે છે :

સારણી 1 : નિમ્નતાપિકી વાયુઓ : ઉત્કલનબિંદુઓ અને હવામાં કદથી સંકેન્દ્રિતતા

વાયુ	સામાન્ય ઉ.બિં.	શુષ્ક હવામાં
	(0 સે.)	કદથી સાંદ્રતા
નાઇટ્રોજન	-195.8	78.1 %
ઑક્સિજન	-182.96	20.94 %
આર્ગોન	-185.86	0.93 %
નીઑોન	-246.06	0.0018 %
હીલિયમ	-268.93	0.0005 %
ક્રિપ્ટોન	-153.35	0.00011 %
હાઇડ્રોજન	-259.19	0.00005 %
ઝીનૉન	-108.13	0.000008 %

ઔદ્યોગિક વાયુઓ પૈકીનાં કેટલાંક રસાયણોની બનાવટમાં કાચા માલ તરીકે (દા.ત. N₂, H₂), રોગચિકિત્સામાં (દા.ત., O₂, He) અને કેટલાક અત્યંત નીચું તાપમાન (100⁰ સે.થી નીચું) મેળવવા માટે (દા.ત., ઘન CO₂, પ્રવાહી N₂) વપરાય છે. હાલમાં O₂, N₂, Ar, He, H₂ પ્રવાહી રૂપમાં મોટા પ્રમાણમાં મેળવવાનું શક્ય બન્યું છે. પ્રવાહી વાયુઓનું પરિવહન સસ્તું પડે છે. દા.ત., 113 કિગ્રા. વજનના સિલિન્ડરમાં 169 કિગ્રા. પ્રવાહી O₂ ભરી શકાય છે. વાયુરૂપમાં લગભગ આટલો O₂ ભરવા કુલ 1,090 કિગ્રા. વજનના અઢાર સિલિન્ડરની જરૂર પડે છે. પ્રવાહી વાયુઓ રૉકેટમાં, લોખંડમાંથી પોલાદ બનાવવામાં, ઇલેક્ટ્રૉનિક્સ, ચુંબકવિદ્યા (magnetics), ઉચ્ચ શૂન્યાવકાશ મેળવવામાં તથા ખાદ્ય પદાર્થોના પરિરક્ષણમાં મોટા પ્રમાણમાં વપરાય છે.

કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ : 1835માં થિલોરિયરે સૌપ્રથમ ઘન CO₂ મેળવ્યો હતો, પણ શીતક તરીકે તેનો ઉપયોગ 1924થી શરૂ થયો ગણાય. કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ સામાન્ય રીતે (1) સંશ્લેષણ વાયુમાંથી પુન:પ્રાપ્તિ દ્વારા, (2) વિકલ્પી કુદરતી વાયુ(Substitute Natural Gas – SNG)ના નિર્માણ દરમિયાન આડપેદાશ તરીકે, (3) ઇથેનૉલ  આથવણ ઉદ્યોગમાંથી અને (4) તેલના કૂવામાંથી ઉપપેદાશ કે આડપેદાશ તરીકે મેળવાય છે. બીજા વાયુઓ સાથે મિશ્ર થયેલ CO₂ને પાણીમાંથી પસાર કરીને તેનું પોsટૅશિયમ કાર્બોનેટ કે મૉનૉઈથેનોલ એમાઇનમાં અવશોષણ (absorption) કરાય છે. આ દ્રાવણને ગરમ કરતાં CO₂ મુક્ત થાય છે. હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ જેવી અશુદ્ધિ પોટૅશિયમ પરમૅંગેનેટ વડે દૂર કરાય છે. શુષ્ક CO₂ દબાણ આપવાથી પ્રવાહી CO₂માં રૂપાંતરિત થાય છે. (ક્રાંતિક-critical તાપમાન 304.2 K અને દબાણ 7.25 MPa છે). 50 કિગ્રા. સ્ટાર્ચનું આથવણ કરતાં 190 પ્રૂફનો 17 લિ. ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ મળે છે અને સાથે સાથે 14 કિગ્રા. કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ મળે છે.

પ્રવાહી CO₂ ઉપરનું દબાણ ઘટાડીને 1 વાતાવરણ જેટલું કરતાં ઘન CO₂ ચૂર્ણ (snow) રૂપે મળે છે. જેને દબાવીને સિલિન્ડર કે ચોરસાનું રૂપ અપાય છે. આ શુષ્ક બરફ (dry-ice) તરીકે ઓળખાય છે, કારણ તેને ખુલ્લો મૂકતાં તે વાયુમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

હાઇડ્રોજન : રસાયણ અને પેટ્રોરસાયણ ઉદ્યોગ માટે હાઇડ્રોજન અગત્યનો કાચો માલ છે. તે રૉકેટ માટેનું બળતણ પણ છે. હાઇડ્રોજનનું વાયુરૂપે કે પ્રવાહી રૂપે સિલિન્ડર કે ટાંકીઓમાં પરિવહન કરાય છે. ધાતુ હાઇડ્રાઇડ (હાઇડ્રોજન-સ્પોન્જીઝ)ના રૂપમાં તેનો ઓછા દબાણે (2 MPa) સંગ્રહ કરી શકાય છે. (Mg-Ni, Fe-Ti, La-Ni, મિશ મેટલ-Ni આ માટે ઉપયોગી છે.)

હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન (1) વિદ્યુતવિભાજન, (2) વરાળ હાઇડ્રોકાર્બન પુન:નિર્માણ (reforming), (3) આંશિક ઑક્સિડેશન, (4) કોલ-ગૅસિફિકેશન અને (5) ઍમોનિયાનું ભંજન (cracking) વગેરે પદ્ધતિઓથી કરાય છે.

વિદ્યુતવિભાજન : (1) આલ્કલીના મંદ દ્રાવણમાં ડી.સી. વિદ્યુત પસાર કરતાં શુદ્ધ હાઇડ્રોજન (2 કદ) અને ઑક્સિજન (એક કદ) મળે છે.

2H₂O(l) → 2H₂(g) + O₂(g); ΔH = + 596 કિ. જૂલ પ્રતિમોલ

પાણીના વિદ્યુતવિભાજન માટેનો વિભવ 1.23 V છે, પણ અતિવોલ્ટતા (overvoltage) અને કોષના અવરોધને કારણે 2.0થી 2.25 Vની જરૂર પડે છે. ઉદ્યોગમાં 15 % કૉસ્ટિકનું દ્રાવણ, લોખંડના ઋણધ્રુવ (cathode) અને નિકલ ચઢાવેલ લોખંડના ધનધ્રુવ વપરાય છે, વચમાં ઍસબેસ્ટૉસનો પડદો રાખવામાં આવે છે. એક મેગાજૂલ વીજપ્રવાહ 56 લિ. હાઇડ્રોજન (સૈદ્ધાંતિક રીતે 75.5 લિ.) અને તેનાથી અડધો ઑક્સિજન પેદા કરે છે. આ હાઇડ્રોજન 99.7 % શુદ્ધિનો હોય છે અને સીધો જ હાઇડ્રોજનીકરણમાં (દા.ત., તેલ થીજવવાની પ્રક્રિયામાં) વાપરી શકાય છે.

(2) વરાળ હાઇડ્રોકાર્બન પુન:નિર્માણ વિધિ : પાણીની વરાળ અને હાઇકાર્બન(C_nH_m)ના મિશ્રણને 760⁰-980⁰ સે. તાપમાને ઉદ્દીપક ઉપરથી પસાર કરતાં નીચે પ્રમાણે પ્રક્રિયા થાય છે :

પ્રથમ પ્રક્રિયા (પુન: નિર્માણ પ્રક્રિયા) ઉષ્માશોષક છે અને નીપજના મોલ પ્રક્રિયકોના મોલ કરતાં વધુ છે તેથી ઊંચું તાપમાન અને નીચું દબાણ રાખવાથી ડાબીથી જમણી તરફ થતી પ્રક્રિયા વધુ સંપૂર્ણ બને છે.

બીજી પ્રક્રિયા (જળ વાયુ-સ્થાનાન્તર, water-gas-shift) ઉષ્માક્ષેપક છે તેથી નીચું તાપમાન લાભકર્તા છે. વરાળનું પ્રમાણ વધુ રખાય છે, જેથી ડાબીથી જમણી બાજુ થતી પ્રક્રિયા વધુ સંપૂર્ણ બને. પ્રથમ પ્રક્રિયામાં નિકલ અને બીજી પ્રક્રિયામાં આયર્ન-ઑક્સાઇડ ઉદ્દીપક તરીકે વપરાય છે. આ પ્રવિધિમાં મળતા વાયુનું સંઘટન 75 % H₂, 8 % CO, 15 % CO₂ + N₂ + હાઇડ્રોકાર્બન હોય છે. COનું પ્રમાણ ઓછું કરવા વરાળ સાથે તેની પ્રક્રિયા કરાય છે. કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ મૉનોઈથેનૉલએમાઇનથી દૂર કરાય છે. અવશેષરૂપ રહેલ CO અને CO₂ નિકલ ઉદ્દીપકની મદદથી મિથેનમાં પરિવર્તિત કરીને દૂર કરતાં શુદ્ધ હાઇડ્રોજન મળે છે.

કાચા માલ તરીકે કુદરતી વાયુ, પ્રોપેન અને બ્યૂટેન વપરાય છે. વિશિષ્ટ રીતે બનાવેલ ઉદ્દીપકની મદદથી નેપ્થાનો પણ ઉપયોગ કરી શકાય છે.

(3) આંશિક ઑક્સિડેશન : આ પ્રવિધિમાં કુદરતી વાયુ, રિફાઇનરીના વાયુઓ, ડિઝલ ઑઇલ વગેરેને કાચા માલ તરીકે વાપરી શકાય છે. 1,300⁰ – 1,500⁰ સે. તાપમાને વરાળની હાજરીમાં હાઇડ્રોકાર્બનનું આંશિક ઑક્સિડેશન કરાય છે. મિથેનને ઉદાહરણ તરીકે લેતાં પ્રક્રિયાઓ નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O ΔH = + 802 કિ. જૂલ

CH₄ + CO₂ → 2CO + 2H₂ ΔH = 206 કિ. જૂલ

CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ ΔH = + 247 કિ. જૂલ

સમગ્રપણે પ્રક્રિયા ઉષ્માક્ષેપક છે. તેથી ઉષ્મા-ઊર્જાની પુન:પ્રાપ્તિ અગત્યની છે.

જળ-વાયુ-સ્થાનાન્તર-પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રોજનનું પ્રમાણ વધારાય છે.

(4) કોલ-ગૅસિફિકેશન : પેટ્રોલિયમનો જથ્થો ખૂટી જતાં આ પદ્ધતિ વધુ વપરાશમાં આવવાની શક્યતા છે.

C + H₂O (વરાળ) → CO + H₂

CO + H₂O → CO₂ + H₂

આમ જળવાયુ (water gas) મેળવવાની પ્રક્રિયા અને જલ વાયુ-સ્થાનાન્તર પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રોજન મેળવી શકાય.

(5) એમોનિયાનું ભંજન : એમોનિયાનું 870⁰ સે. પર વિયોજન કરતાં હાઇડ્રોજન અને નાઇટ્રોજનનું મિશ્રણ મળે છે, જે હાઇડ્રોજનીકરણમાં વાપરી શકાય, કારણ કે નાઇટ્રોજન નિષ્ક્રિય છે.

2NH₃ → N₂ + 3H₂

ઉપર પ્રમાણેની રીતોથી મેળવેલ હાઇડ્રોજનમાં રહેલ અશુદ્ધિઓ દૂર કરવી જરૂરી છે. આ માટે વિવિધ રીતો વિકસાવવામાં આવી છે.

કૉપરના એમોનિયા સાથેના સંકીર્ણ ક્ષારો વડે કાર્બન મૉનોક્સાઇડ દૂર કરી શકાય. કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ મૉનોઈથેનૉલએમાઇન, (ગેબ્રિયેલ પદ્ધતિ) ગરમ પોટૅશિયમ કાર્બોનેટ, ઠરેલ મિથેનોલ (60⁰ સે.) અથવા એમોનિયા વડે દૂર કરી શકાય. વળી અણુસારણી વડે અથવા નિમ્નતાપિકી(cryogenics)નો ઉપયોગ કરીને પણ અશુદ્ધિઓને દૂર કરી શકાય છે.

જથ્થાબંધ પ્રવાહી હાઇડ્રોજનમાં પૅરાહાઇડ્રોજનનું પ્રમાણ 95 %થી વધુ હોય તે જરૂરી છે. તે ઉદ્દીપકની મદદથી કરવામાં આવે છે. ઑર્થોહાઇડ્રોજનનું પૅરાહાઇડ્રોજનમાં રૂપાંતર ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા હોઈ તે સંગ્રહેલા હાઇડ્રોજનમાં થાય તો હાઇડ્રોજનના બાષ્પીભવનથી થતી ઘટમાં વધારો થાય. અર્ધપારગમ્ય (semi-permeable) પડદાના ઉપયોગથી શુદ્ધ હાઇડ્રોજન મેળવી શકાય છે અથવા વાયુમિશ્રણના સંઘટનનું નિયમન કરી શકાય છે.

ઑક્સિજન અને નાઇટ્રોજન : શુદ્ધ અને શુષ્ક હવાના પ્રવાહીકરણ અને પરિશોધનથી ઑક્સિજન અને નાઇટ્રોજન મોટા પ્રમાણમાં મેળવવામાં આવે છે. હવા નાઇટ્રોજન, ઑક્સિજન, આર્ગોન, નીઑન, ક્રિપ્ટોન, ઝીનૉન, હાઇડ્રોજન, હીલિયમ, કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ અને ભેજનું મિશ્રણ છે. પ્રવાહી હવાના વિભાગીકરણથી પહેલા છ વાયુઓ ઔદ્યોગિક વપરાશ માટે અલગ કરવામાં આવે છે.

આ માટેના કાચા માલરૂપ હવાની કોઈ કિંમત નથી. વાયુઓના પરિવહનનું ખર્ચ તેની કિંમતમાં સારો એવો ઉમેરો કરે છે, તેથી વપરાશનાં કેન્દ્રો પાસે જ હવાના પ્રવાહીકરણનાં સંયંત્રો (plants) સ્થાપવામાં આવે છે. કેટલીક વાર એક મોટું સંયંત્ર ઘણા વપરાશકારોને પાઇપ મારફત વાયુઓ પૂરા પાડે છે. રોજના 1 ટનથી 1,800 ટનની ક્ષમતા ધરાવતાં સંયંત્રો અસ્તિત્વમાં છે.

હવામાંની ભેજ અને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડની અશુદ્ધિ દૂર કરી તેનું સંપીડન (compression) કરવામાં આવે છે. આને ઠારીને તેનું પ્રસરણ (expansion) કરતાં તે પ્રવાહીમાં રૂપાંતરિત થાય છે. પ્રવાહી હવાનું આંશિક નિસ્યંદન (fractional distillation) કરતાં નાઇટ્રોજન (ઉ. બિં. – 195.8⁰ સે.) અને ઑક્સિજન (ઉ. બિં. -182.96⁰ સે.) અલગ થાય છે.

અધિશોષણથી ઑક્સિજનનું ઉત્પાદન : હવાનું સંપીડન (280 KPa) કરીને તેને ઠારીને ભેજ દૂર કરીને અણુચાળણીરૂપ પદાર્થની ગાંગડીઓ ભરેલ અધિશોષકમાંથી પસાર કરાય છે. હવાના નાઇટ્રોજનનું અધિશોષણ થતાં 90 %-98 %ની શુદ્ધિવાળો ઑક્સિજન બહાર આવે છે. આ અધિશોષકની નાઇટ્રોજનના અધિશોષણ માટેની ક્ષમતા ઓછી થતાં બીજું અધિશોધક વપરાય છે અને દ્બાણ ઘટાડીને તેમાંથી ઑક્સિજન પસાર કરતાં તેને ફરીને વપરાશ માટે યોગ્ય કરી શકાય છે. આમ સામાન્ય વપરાશ માટેની શુદ્ધિ ધરાવતો ઑક્સિજન નિમ્નતાપિકી ઉપકરણો વગર મેળવી શકાય છે. આ પદ્ધતિ પ્રેશર-સ્વિંગ-એડસોર્પ્શન પ્રવિધિ (PSA) તરીકે ઓળખાય છે.

ઑક્સિજન પોલાદની બનાવટમાં, ઑક્સિ-ઍસેટિલીન જ્યોત વડે ધાતુને કાપવામાં અને સંધાન(welding)માં, રાસાયણિક ઉદ્યોગમાં ઑક્સિડેશનકર્તા તરીકે મિથેનોલ, એમોનિયા તથા નાઇટ્રિક ઍસિડના ઉત્પાદનમાં, તબીબી ચિકિત્સા(શ્વસન)માં, બધી જ દહનપ્રક્રિયામાં, રૉકેટમાં અને સુવેજના શુદ્ધીકરણમાં વપરાય છે. ઑક્સિજન વાયુરૂપે તથા પ્રવાહીરૂપે મળે છે.

નાઇટ્રોજન : એમોનિયાના સંશ્લેષણમાં (ખાતર માટેનો પાયાનો કાચો માલ), અતિ નીચું તાપમાન મેળવવા (-210⁰ સે. શક્ય છે), રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં ઑક્સિજન અને ભેજને દૂર કરીને નિષ્ક્રિય સમાચ્છાદન (blanket) રચવા માટે, ખાદ્યપદાર્થોની જાળવણીમાં (પ્રવિધિ તથા પરિવહનમાં), નિમ્નતાપી ધાતુકર્મમાં, રક્ત તથા વીર્યની સાચવણીમાં તથા નિમ્નતાપિકી વાઢકાપમાં વપરાય છે. બંધ પડેલ તેલના કૂવામાંથી તેલ બહાર લાવવા પણ તે વપરાય છે. નાઇટ્રોજન વાયુ અને પ્રવાહી રૂપે મળે છે.

આર્ગોન : હવામાં લગભગ 1 % આર્ગોન રહેલ છે. નિમ્નતાપિકી હવાના વિભાગીકરણ સંયંત્રોની મદદથી આર્ગોન અને તેની સાથે અલ્પ પ્રમાણમાં રહેલ બીજા ઉમદા વાયુઓ (Ne, Kr, Xe) શુદ્ધ રૂપમાં મેળવાય છે. આર્ગોનનું ઉ. બિં. -185.9⁰ સે. છે, જે ઑક્સિજનના ઉ. બિં.ની નજદીક છે. તેથી તે માટેનો વિભાગીય સ્તંભ ઉચ્ચ પશ્ચવાહી (reflux) ગુણોત્તરે કાર્ય કરે છે. 99.999 %ની શુદ્ધતાનો આર્ગોન મેળવી શકાય છે.

ધાતુસંધાનમાં ધાતુને ઑક્સિજનનો સંપર્ક ન થાય તે માટે આર્ગોન પરિરક્ષક (shield) તરીકે, ઝિરકોનિયમ અને ટાઇટેનિયમ જેવી અવનવી ધાતુઓ અને કેટલીક મિશ્ર ધાતુઓની બનાવટમાં, વીજળીના ગોળામાં ભરવા માટે તથા આર્ગોન-ઑક્સિજન ડિકાર્બ્યુરાઇઝિંગ પ્રવિધિથી સ્ટેનલેસ સ્ટીલની બનાવટમાં વપરાય છે.

નીઑન : Neનું ઉ. બિં. -246.05⁰ સે. છે, જે N₂ના ઉ. બિં. કરતાં નીચું હોઈ તે પ્રવાહીકરણ સંયંત્રના વિનિમયકના ઘુમટરૂપ ઉપરના ભાગમાં એકઠો થાય છે. આનું વિભાગીય નિસ્યંદન કરીને શુદ્ધ નીઑન મેળવાય છે. વિજ્ઞાપન માટેના દીવાઓમાં તે વપરાય છે (લાલ રંગ). ઉચ્ચ-ઊર્જા સંશોધનમાં, ઉપકરણોમાં, નિમ્નતાપિકીમાં અને દરિયામાં ઊંડી ડૂબકી મારનારને શ્વાસ લેવા વપરાતી કૃત્રિમ હવામાં He, Neના મિશ્રણરૂપે પણ તે વપરાય છે.

ક્રિપ્ટોન અને ઝીનૉન : આ વાયુઓના ઉ.બિં. ઑક્સિજન કરતાં ઊંચાં હોઈ (અનુક્રમે-153.3⁰ સે. – 108.1⁰ સે.) તે પ્રવાહી ઑક્સિજનમાં એકઠો થાય છે. ક્રિપ્ટોન વીજળીના ગોળામાં ભરવામાં વપરાય છે. આ બંને વાયુઓ ઉપકરણો અને સંશોધનમાં ઉપયોગી છે.

હીલિયમ : હવામાં અલ્પ પ્રમાણમાં પણ અમેરિકામાં કુદરતી વાયુ સાથે 7 % સુધી હીલિયમ મળી આવે છે. હાઇડ્રોજનના મુકાબલે હીલિયમની ઉત્થાપન(lifting)ક્ષમતા 92.5 % હોય છે અને તે જ્વલનશીલ નથી. તેથી બલૂનોમાં ભરાય છે. વિશ્વના કુલ ઉત્પાદનનું 80 % He અમેરિકામાં મેળવાય છે.

કુદરતી વાયુ સાથેના હીલિયમને, બીજા વાયુઓને ઠારીને પ્રવાહીરૂપે અલગ કરીને મેળવાય છે. CO₂ને મૉનોઈથેનૉલ-એમાઇનથી અને ભેજને બૉક્સાઇટથી દૂર કરાય છે. ઠારણ માટે પ્રવાહી નાઇટ્રોજન વપરાય છે. -267⁰ સે. તાપમાને જ જૂલ-થૉમસન અસર ધન હોય છે. એટલે આટલું તાપમાન થાય ત્યારપછી જ પ્રસરણથી હીલિયમ પ્રવાહી (-268⁰ સે.) બને છે. હાલમાં વ્યાપારી ધોરણે વાયુરૂપ તથા પ્રવાહી હીલિયમ મળે છે.

કુદરતી વાયુને વાપરતાં તેમાંનો હીલિયમ સામાન્ય રીતે હવામાં ભળે છે. આમ એક કીમતી પદાર્થ અપ્રાપ્ય બની જાય છે. તેથી અપરિષ્કૃત (crude) હીલિયમનો ભૂગર્ભમાં સંગ્રહ કરવામાં આવે છે. યુ. એસ.માં સરકારી સંસ્થાએ 1981 સુધીમાં 1.13 x 10⁹ મીટર³નો સંગ્રહ કર્યો હતો અને 1990 સુધીમાં 2.4 x 10⁹ મીટર³ હીલિયમનો સંગ્રહ કરવાની યોજના હતી.

હીલિયમ બલૂનમાં ભરવા, ડૂબકી મારનાર માટે કૃત્રિમ હવાના નિર્માણમાં, અંતરીક્ષયાનમાં દ્બાણ જાળવવા, ટાઇટેનિયમ, ઝીરકોનિયમ વગેરે ધાતુઓના સંવિરચન(fabrication)માં તથા ધાતુસંધાનમાં રક્ષણાત્મક વાતાવરણ યોજવા માટે, નિમ્નતાપિકીમાં ટ્રાન્ઝિસ્ટર માટેના સ્ફટિકની વૃદ્ધિ(growing)માં અને અતિવાહક પ્રયુક્તિઓ માટેનું અતિ ઠંડું વાતાવરણ યોજવામાં વપરાય છે.

એસીટિલીન (C₂H₂) : ઉદ્યોગમાં આ વાયુ નીચેની બે પદ્ધતિઓથી બનાવાય છે :

(1) કાર્બાઇડ વિધિ : CaC₂(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂ + C₂H₂(g). 1 કિગ્રા. કૅલ્શિયમ કાર્બાઇડ CaC₂ માટે લગભગ 1 કિગ્રા. પાણી વપરાય છે. ઉપરની પ્રક્રિયાની ઉષ્મા(ΔH = −126 કિ.જૂલ)થી ઘણુંખરું પાણી ઊડી જાય છે અને ભૂકારૂપ ચૂનો અવશેષ તરીકે રહે છે જેની હેરફેર સરળ હોય છે.

(2) ભંંજનવિધિ : કુદરતી વાયુના ભંજનથી એસીટિલીન મેળવી શકાય છે. ઊંચું તાપમાન (1,500⁰ સે.) મેળવવા માટે આંશિક ઉપચયન (oxidation) કે વિદ્યુત ચાપ(electric arc)નો ઉપયોગ કરાય છે. સંપર્ક સમય 0.001થી 0.01 સેકન્ડ જેટલો ઓછો રાખવા માટે વાયુઓને ઝડપથી પસાર કરાય છે (કલાકના 2,400 કિમી.). ઉત્પન્ન થયેલ એસીટિલીનનું વિઘટન અટકાવવા, બહાર આવતા વાયુઓને તાત્કાલિક ઠંડા (38⁰ સે.) કરાય છે.

2CH₄(g) → C₂H₂(g) + 3H₂(g)

આ પ્રક્રિયા ઉષ્માશોષક છે (ΔH = + 405 કિ.જૂલ).

એસીટિલીનને ડાયમિથાઇલ ફોર્મામાઇડથી અલગ કરવામાં આવે છે.

એસીટિલીન હવા સાથે (3 %થી 82 %ના પ્રમાણમાં) વિસ્ફોટક મિશ્રણ બનાવે છે. પ્રવાહી એસીટિલીનને પણ આઘાત લાગતાં ધડાકો થાય છે. આથી એસીટિલીન સાથે કામ કરતાં ઘણી કાળજી રાખવી જરૂરી બને છે. એસીટિલીનને ઍસીટોનમાં ભીંજવેલ ઍસબેસ્ટૉસમાં દબાણ તળે શોષીને સિલિન્ડર કે ટાંકીઓ મારફત તેનું પરિવહન કરાય છે.

એસીટિલીન રસાયણોની બનાવટમાં અને ઑક્સિએસીટિલીન જ્યોતમાં (તાપમાન 3,200⁰ સે.) વપરાય છે. એસીટિલીનમાંથી જ બનતા વાઇનિલ ક્લોરાઇડ ને વાઇનિલ ઍસેટેટ હાલમાં ઇથિલીનમાંથી મેળવવાનું શક્ય બનતાં એસીટિલીનની મધ્યસ્થી તરીકે અગત્ય ઓછી થઈ ગઈ છે, પણ ઑક્સિએસીટિલીન જ્યોતનું તાપમાન કોઈ પણ કાર્બનયુક્ત બળતણ અને ઑક્સિજનથી મેળવાતું સૌથી ઊંચું તાપમાન હોય છે તેથી તે ધાતુઓને કાપવા તથા સાંધવામાં અદ્વિતીય ગણાય છે (જુઓ એસીટિલીન).

સલ્ફર ડાયૉક્સાઇડ : ગંધક બાળીને અથવા સલ્ફાઇડ ખનિજોને ભૂંજીને સલ્ફર ડાયૉક્સાઇડ વાયુ મેળવી શકાય છે.

S + O₂ = SO₂

2FeS + 3O₂ = 2 FeO + 2 SO₂

આ વાયુને ઠંડો પાડીને પાણીમાં શોષી લેતાં 30⁰ સેન્ટીગ્રેડે 2 %નું દ્રાવણ મળે છે. આને ગરમ કરતાં (70⁰ સે.) ભેજયુક્ત SO₂ મળે છે, જેને H₂SO₄ (98 %) વડે શુષ્ક કરાય છે. આનું 700 KPaએ સંપીડન કરતાં પ્રવાહી SO₂ મળે છે; તેને સિલિન્ડરોમાં ભરવામાં આવે છે. તેનું પરિવહન સિલિન્ડર કે ટાંકીઓમાં કરાય છે. પ્રશીતન માટે વપરાતા SO₂માં ભેજનું પ્રમાણ 50 પી.પી.એમ.થી ઓછું હોય છે. SO₂ સલ્ફ્યુરિક ઍસિડની બનાવટમાં, કાપડ અને ખાદ્ય ઉદ્યોગમાં વિરંજક તરીકે, વધારાના ક્લોરીનને દૂર કરવા (વૉટર-વર્કસ કે કાપડ ઉદ્યોગમાં) વિસંક્રમણક (disinfectant), ફૂગનાશક, કાગળના માવાની બનાવટમાં (સલ્ફાઇટ પ્રવિધિ) વપરાય છે. પ્રવાહી SO₂ પેટ્રોલના શુદ્ધીકરણમાં દ્રાવક તરીકે અને રાસાયણિક ઉદ્યોગમાં પણ વપરાય છે.

કાર્બન મૉનોક્સાઇડ (CO) : સંશ્લેષણ વાયુનો તે મુખ્ય ઘટક છે. કાર્બન અને ઑક્સિજન વચ્ચેના અપૂર્ણ દહનથી અથવા કાર્બન અને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ વચ્ચેની 900⁰-1000⁰ સે. થતી પ્રક્રિયાથી બને છે. પ્રવાહીકરણથી શુદ્ધ રૂપમાં અલગ કરી શકાય છે. તે અત્યંત વિષાલુ હોય છે અને અપચાયક (reducing) ગુણો ધરાવે છે. સંશ્લેષણ વાયુમાં, મીથેનૉલની બનાવટમાં, ઑક્સોપ્રવિધિમાં નિષ્કર્ષણમાં, કાર્બોનિલ ક્લોરાઇડ(ફૉસ્જીન)ની બનાવટમાં, તેમજ ફૉર્મિક ઍસિડ અને ઑક્ઝેલિક ઍસિડની બનાવટમાં તે વપરાય છે.

કાર્બન મૉનોક્સાઇડ અને ક્લોરીન વચ્ચે કોલસાની હાજરીમાં પ્રક્રિયા કરતાં ફૉસ્જીન મળે છે. CO + Cl₂ → COCl₂. પૉલિયુરિથેન બહુલકો માટેની ટોલ્વીન 2,4-ડાયઆઇસોસાઇનેટ તથા 1-નેપ્થાઇલ-N-મિથાઇલ કાર્બોનેટ(કીટનાશક)ની બનાવટમાં ફૉસ્જીન વપરાય છે.

નાઇટ્રસ ઑક્સાઇડ (N₂O) : ઍમોનિયમ નાઇટ્રેટને ઍલ્યુમિનિયમ ધાતુના પાત્રમાં 200⁰ સે. પર ગરમ કરતાં N₂O મળે છે.

NH₄NO₃(s) → N₂O(g) + 2H₂ ΔH = −36.8 કિ.જૂલ

ઉત્પન્ન થતા વાયુને કૉસ્ટિક સોડા અને પછી ડાઇક્રોમેટના દ્રાવણમાં પસાર કરતાં HNO₃ અને NOની અશુદ્ધિ દૂર થાય છે. 10 MPa દબાણે N₂Oને પ્રવાહીરૂપે સિલિન્ડરમાં ભરવામાં આવે છે. ઑક્સિજન સાથે N₂O નિશ્ચેતક તરીકે વપરાય છે.

પ્રવીણસાગર સત્યપંથી