এলএনজিতে ক্রায়োজেনিক এক্সপ্যানশন প্রক্রিয়া

এলএনজি তরলীকরণের মূল যান্ত্রিক প্রক্রিয়া

তরলীকৃত প্রাকৃতিক গ্যাস উৎপাদন একটি মৌলিক প্রক্রিয়ার উপর নির্ভর করে: প্রায় -১৬২°সে-এ মিথেন থেকে তাপ অপসারণ করা যাতে তা তরল হয়ে যায়। ক্রায়োজেনিক প্রসারণ প্রক্রিয়া এটিকে সম্পন্ন করার জন্য প্রধান চালিকা শক্তি। এটি কোনো একক যন্ত্র বা আলাদা পদক্ষেপ নয়— এটি একটি তাপগতীয় কৌশল যা সমগ্র তরলীকরণ ট্রেনের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়।

সবচেয়ে সহজ রূপে, এই প্রক্রিয়াটি একটি উচ্চ-চাপের গ্যাস প্রবাহকে নিয়ন্ত্রিত বাধা বা টার্বোএক্সপ্যান্ডারের মধ্য দিয়ে প্রসারিত করে। এই প্রসারণের ফলে তাপমাত্রা হ্রাস পায়, এবং সেই শীতল প্রবাহ পরবর্তী পর্যায়ের জন্য শীতলকারক হিসেবে কাজ করে। পরপর প্রসারণ ও তাপ বিনিময়ের এই শৃঙ্খলা ধীরে ধীরে আগত গ্যাসকে তরলীকরণের শর্তে পৌঁছে দেয়।

নাইট্রোজেন প্রত্যাহার ইউনিট (NRU) এই নীতির একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ। যখন প্রাকৃতিক গ্যাসে অত্যধিক নাইট্রোজেন থাকে—যার কোনো তাপীয় মান নেই এবং যা LNG কার্গোতে জায়গা দখল করে—তখন NRU ক্রায়োজেনিক আস্তাপ পদ্ধতিতে এটিকে পৃথক করে। এই প্রক্রিয়াটি রাসায়নিক ব্যবহার ছাড়াই প্রসারণ ও ঘনীভবনের মাধ্যমে LNG থেকে নাইট্রোজেনকে পৃথক করে। নাইট্রোজেনের পরিমাণের উপর ভিত্তি করে এই বিন্যাসের পরিবর্তন হয়, যা সরল নিয়ন্ত্রিত ফ্ল্যাশ থেকে শুরু করে আরও উন্নত স্ট্রিপার বা আস্তাপ টাওয়ার ব্যবস্থা পর্যন্ত বিস্তৃত হতে পারে। .

এটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ পাইপলাইন গ্যাসের বিশেষকরণ এবং এলএনজি রপ্তানি চুক্তি উভয়েই নাইট্রোজেন সামগ্রীর উপর কঠোর সীমা নির্ধারণ করে। কার্যকর এনআরইউ ছাড়া, এলএনজি হয় বিশেষকরণ পূরণ করতে পারে না, অথবা উৎপাদক প্রতি ঘনমিটারে সম্ভব যতটা শক্তি পাঠাতে পারে তার চেয়ে কম শক্তি পাঠায়। যাইহোক না কেন, অর্থনৈতিক প্রভাব ক্ষতিগ্রস্ত হয়।

টার্বোএক্সপ্যান্ডার বনাম জুল-থমসন ভাল্ভ: একটি ব্যবহারিক বিনিময়

ক্রায়োজেনিক প্রসারণ দুটি প্রধান পদ্ধতির মাধ্যমে অর্জন করা যায়: জুল-থমসন ভাল্ভ এবং টার্বোএক্সপ্যান্ডার। উভয়েই গ্যাসের চাপ ও তাপমাত্রা হ্রাস করে, কিন্তু তারা এটি ভিন্নভাবে করে, এবং এদের মধ্যে কোনটি বেছে নেওয়া হয় তা গাছের কার্যকারিতার উপর বাস্তব প্রভাব ফেলে।

জুল-থমসন ভাল্ভ সরল, সস্তা এবং এতে কোনো গতিশীল অংশ নেই। গ্যাসটি ভাল্ভের মধ্য দিয়ে প্রসারিত হয় এবং জুল-থমসন প্রভাবের কারণে তাপমাত্রা হ্রাস পায়। সমস্যা হলো যে এই প্রসারণ সমেনথাল্পিক—চাপ হ্রাস থেকে কোনো কাজ উদ্ধার করা হয় না। সমস্ত শক্তি গ্যাসকে শীতল করতে ব্যয়িত হয়, কিন্তু দক্ষতা সীমিত থাকে।

অন্যদিকে, একটি টার্বোএক্সপ্যান্ডার প্রসারিত গ্যাস থেকে কাজ উত্তোলন করে। প্রসারণটি ইসেনট্রোপিক-এর কাছাকাছি হয়, অর্থাৎ চাপ শক্তির বেশি অংশই উপযোগী কাজে (সাধারণত একই শ্যাফটে সংযুক্ত একটি কম্প্রেসার চালানোর জন্য) রূপান্তরিত হয়, যদিও তাপমাত্রা হ্রাস অব্যাহত থাকে। এই যন্ত্রগুলোর ইসেনট্রোপিক দক্ষতা সাধারণত ডিজাইন ও কার্যক্রমের শর্তের উপর নির্ভর করে ৬০–৭০% পরিসরে থাকে। এই উত্তোলিত কাজ লাইনের অন্যান্য কম্প্রেসারগুলোর প্যারাসিটিক লোডের কিছু অংশ কমিয়ে দিতে পারে।

কিন্তু এর বিনিময়ে জটিলতা ও খরচ বৃদ্ধি পায়। টার্বোএক্সপ্যান্ডার হলো একটি সূক্ষ্ম যন্ত্র, যার সূক্ষ্ম ফাঁক, উচ্চ-গতির বেয়ারিং এবং বিশেষায়িত সিল রয়েছে। এটির রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন হয় যা জেটি ভালভের ক্ষেত্রে হয় না। ছোট উদ্যোগ বা যেসব প্রয়োগে চাপ হ্রাস সীমিত, সেখানে মোট মালিকানা খরচের দিক থেকে জেটি ভালভ প্রায়শই শ্রেষ্ঠ বিকল্প হয়ে ওঠে। কিন্তু বেসলোড এলএনজি ট্রেনের ক্ষেত্রে, যেখানে দক্ষতা বৃদ্ধি সরাসরি উৎপাদন বৃদ্ধির সমান, টার্বোএক্সপ্যান্ডার সময়ের সাথে সাথে নিজ খরচ পূরণ করে।

ক্রায়োজেনিক প্রসারণ এলএনজি ট্রেনে কোথায় প্রয়োগ হয়

ক্রায়োজেনিক প্রসারণ নীতি একটি সাধারণ এলএনজি তরলীকরণ ট্রেনের বিভিন্ন স্থানে দেখা যায়। কোথায় এবং কেন এটি ঘটছে তা বোঝা সমগ্র প্রক্রিয়াটি কীভাবে কাজ করে তা বুঝতে সহায়তা করে।

প্রধান ক্রায়োজেনিক তাপ বিনিময়কারী (MCHE) অধিকাংশ বেসলোড এলএনজি চিকিৎসাকেন্দ্রের হৃদয়। প্রশীতক—সাধারণত মিশ্র প্রশীতক বা বিশুদ্ধ নাইট্রোজেন—সংকুচিত, শীতল করা হয় এবং তারপর MCHE-এর শীতল পার্শ্বে প্রবেশের আগে ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় প্রসারিত হয়। সেই শীতল প্রশীতক MCHE-এর উষ্ণ পার্শ্বে প্রবাহিত ফিড গ্যাস থেকে তাপ শোষণ করে, যার ফলে মিথেন তরলীভূত হয়। প্রশীতক লুপের জন্য প্রসারণ পদক্ষেপটি একটি টার্বোএক্সপ্যান্ডারে ঘটে, এবং শীতল প্রসারিত প্রবাহটি তারপর বিনিময়কারীর মধ্য দিয়ে পুনরায় চক্রায়িত হয়।

নাইট্রোজেন প্রত্যাখ্যান অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, প্রসারণটি আস্তিল পৃথকীকরণের জন্য প্রয়োজনীয় নিম্ন তাপমাত্রা তৈরি করে। ফিড গ্যাসটি আংশিকভাবে তরলীভূত হয়, এবং তরল অংশ—যা এখন মিথেনে সমৃদ্ধ—ডিসটিলেশন কলামের তলদেশে যায়, অন্যদিকে নাইট্রোজেন-সমৃদ্ধ বাষ্প শীর্ষদিকে উঠে যায়। এই পৃথকীকরণকে চালিত করার জন্য প্রয়োজনীয় রিফ্লাক্স পাওয়া যায় প্রসারিত ও তরলীভূত নাইট্রোজেন থেকে, যা পরে পুনরায় বাষ্পীভূত করে অতিরিক্ত শীতলীকরণ সরবরাহ করে।

কিছু ছোট এলএনজি প্লান্ট সম্পূর্ণ নাইট্রোজেন এক্সপ্যান্ডার চক্র ব্যবহার করে, যেখানে নাইট্রোজেন শীতলকারী পদার্থ এবং কাজ করার তরল উভয় হিসেবে কাজ করে। নাইট্রোজেনকে সংকুচিত করা হয়, আসন্ন ফিডের বিপরীতে শীতল করা হয়, টার্বোএক্সপ্যান্ডারের মধ্য দিয়ে প্রসারিত করা হয় এবং তারপর একটি সরল তাপ বিনিময়কারীতে মিথেনকে তরলীভূত করতে ব্যবহার করা হয়। চক্রটি সরল এবং মিশ্র শীতলকারী ব্যবস্থার জটিলতা যেখানে ন্যায্যতা পায় না, সেই ছোট ক্ষমতার জন্য ভালোভাবে কাজ করে।

নাইট্রোজেন প্রত্যাখ্যানের চ্যালেঞ্জগুলির একটি বাস্তব দৃষ্টিকোণ

নাইট্রোজেন প্রত্যাখ্যান ইউনিটের কথা তত্ত্বে শুনলে সহজ মনে হয়। কিন্তু বাস্তবে, এটি এলএনজি প্লান্টের অধিকতর সংবেদনশীল অংশগুলোর একটি।

কয়েক বছর আগে পশ্চিম কানাডায় একটি প্রকল্পের সময়, একজন অপারেটর একটি নতুন এনআরইউ চালু করেন যা প্রায় ৮% নাইট্রোজেন সহ ফিড গ্যাস পরিচালনা করার জন্য প্রকৌশলীকৃত ছিল। ডিজাইন ভিত্তি ছিল দৃঢ়, সরঞ্জামগুলো সঠিকভাবে নির্দিষ্ট করা হয়েছিল এবং ইপিসি ঠিকাদারের ক্রায়োজেনিক ডিসটিলেশনে দক্ষতা ছিল। কিন্তু প্রকৃত ফিড গঠন উত্থান জমা মডেলগুলো যা পূর্বাভাস দিয়েছিল তার চেয়ে অধিকতর পরিবর্তনশীল প্রমাণিত হয়। কিছু উৎপাদন পর্যায়ে নাইট্রোজেনের পরিমাণ প্রায় ১১% পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়।

এনআরইউ ধরে রাখতে পারছিল না। অতিরিক্ত নাইট্রোজেন চাপ ডিসটিলেশন কলামটিকে যা অপারেটররা "ফ্লাডিং" বলে, তার মধ্যে ঢুকিয়ে দিয়েছিল—বাষ্প প্রবাহ এত বেশি হয়ে গিয়েছিল যে তরল ট্রে গুলোর মাধ্যমে সঠিকভাবে নিষ্কাশিত হতে পারছিল না। ফলস্বরূপ, পৃথকীকরণ খারাপ হয়ে গিয়েছিল, যার ফলে ওভারহেড ভেন্ট থেকে অতিরিক্ত মিথেন বেরিয়ে যাচ্ছিল এবং তলদেশের পণ্যে অতিরিক্ত নাইট্রোজেন থেকে যাচ্ছিল। এলএনজি-কে নির্দিষ্ট মানের মধ্যে রাখতে গিয়ে চালানোর হার কমাতে হয়েছিল, যা আসলে উৎপাদন সীমিত করে দিয়েছিল।

সমাধানের জন্য শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ লুপে দ্বিতীয় টার্বোএক্সপ্যান্ডার যোগ করা হয়েছিল এবং কলামের রিফ্লাক্সের কিছু অংশ পুনরায় পথ নির্দেশ করা হয়েছিল। এটি কাজ করেছিল, কিন্তু অপারেটরকে উৎপাদনের কয়েক মাস হারাতে হয়েছিল এবং মূল বাজেটে যা ছিল না, তার বাইরে মূলধন ব্যয় করতে হয়েছিল।

এখানে শিক্ষা হলো যে ক্রায়োজেনিক প্রসারণ প্রক্রিয়াগুলি ফিড পরিবর্তনশীলতার প্রতি সংবেদনশীল। এই বিষয়টি বুঝতে পারা একজন ঠিকাদার নকশায় নমনীয়তা যোগ করবেন—কিছু সরঞ্জামের আকার বেশি রাখা, টার্নডাউন ক্ষমতা যোগ করা এবং অপারেশনাল সামঞ্জস্যের জন্য বাইপাস অন্তর্ভুক্ত করা। যে ঠিকাদার প্রক্রিয়াটিকে একটি স্থির রেসিপি হিসেবে বিবেচনা করেন, তিনি এমন একটি প্লান্ট সরবরাহ করবেন যা কাগজে চমৎকারভাবে কাজ করে, কিন্তু বাস্তব জগতে সমস্যায় পড়ে।

দক্ষতা বিবেচনা এবং সংখ্যাগুলো আসলে কী বোঝায়

এলএনজি শিল্পে প্রক্রিয়া দক্ষতা নিয়ে অনেক আলোচনা হয়, কিন্তু সংখ্যাগুলো সবসময় মানুষ যা ভাবেন তা বোঝায় না।

ক্রায়োজেনিক প্রসারণ প্রক্রিয়াগুলি সঠিকভাবে অপ্টিমাইজ করলে তরলীকরণ দক্ষতায় উল্লেখযোগ্য উন্নতি অর্জন করতে পারে। গবেষণা দেখিয়েছে যে, অপ্টিমাইজড টার্বোএক্সপ্যান্ডার ডিজাইনগুলি ঐতিহ্যগত মিন-লাইন পদ্ধতির তুলনায় আনুমানিক ৫% বেশি আইসেনট্রোপিক দক্ষতা অর্জন করতে পারে। একটি বেসলোড এলএনজি ট্রেনের প্রেক্ষিতে, এটি পরিমাপযোগ্য উৎপাদন বৃদ্ধির দিকে নিয়ে যায়। কিছু অনুমান অনুযায়ী, এক্সপ্যান্ডারের কার্যকারিতা উন্নত করলে এলএনজি উৎপাদনে ৫–৭% বৃদ্ধি ঘটতে পারে।

কিন্তু ওই সংখ্যাগুলির সঙ্গে কিছু সীমাবদ্ধতা জড়িত। দক্ষতা বৃদ্ধি নির্ভর করে নির্দিষ্ট কার্যকরী শর্তের উপর—প্রবেশ চাপ, গ্যাসের গঠন, পরিবেশগত তাপমাত্রা এবং ট্রেনের অবশিষ্ট অংশের বিন্যাসের উপর। এক্সপ্যান্ডারের আইসেনট্রোপিক দক্ষতায় ৫% উন্নতি মানে সমগ্র চার্জ প্লান্টের মাধ্যমে প্রবাহ হারে ৫% বৃদ্ধি হবে না। প্রকৃত প্রভাব তার চেয়ে কম হবে এবং প্রতিটি ইনস্টলেশনে এটি ভিন্ন হবে।

অন্য একটি বিবেচ্য বিষয় হলো নির্ভরযোগ্যতা। একটি টার্বোএক্সপ্যান্ডার যদি কাজ বন্ধ করে দেয়, তবে তা শীতলীকরণ লুপটিকেও বন্ধ করে দেবে। একটি একক-ট্রেন এলএনজি চালিত উদ্যোগে এটি মানে সমগ্র উৎপাদন বন্ধ হয়ে যাবে। এই কারণে, অনেক অপারেটর স্পেয়ার রোটর অ্যাসেম্বলি সংরক্ষণ করেন এবং নির্মাতার সঙ্গে আদান-প্রদান চুক্তি স্থাপন করেন। এই অতিরিক্ত ব্যবস্থার খরচটি জীবনচক্রের অর্থনীতিতে অন্তর্ভুক্ত করা আবশ্যিক—শুধুমাত্র জেটি ভালভ ও টার্বোএক্সপ্যান্ডারের মধ্যে প্রাথমিক খরচের তুলনা নয়।

দীর্ঘমেয়াদী অপারেশনের জন্য প্রক্রিয়া নির্বাচনের গুরুত্ব

ডিজাইন পর্যায়ে নির্বাচিত ক্রায়োজেনিক এক্সপ্যানশন পদ্ধতি পরবর্তী ২০ থেকে ৩০ বছরের অপারেটিং অভিজ্ঞতা গড়ে তোলে। সরল জেটি ভালভের উপর ভিত্তি করে ডিজাইন করা একটি উদ্যোগ নির্মাণে সস্তা হবে এবং রক্ষণাবেক্ষণ সহজ হবে, কিন্তু প্রতি টন এলএনজি উৎপাদনে এটি অধিক শক্তি খরচ করবে। টার্বোএক্সপ্যান্ডারের উপর ভিত্তি করে নির্মিত একটি উদ্যোগের মূলধন খরচ বেশি হবে এবং রক্ষণাবেক্ষণ জটিল হবে, কিন্তু একই পরিমাণ ফিডগ্যাস থেকে অধিক এলএনজি উৎপাদন করবে।

সার্বজনীনভাবে সঠিক উত্তর নেই। সঠিক পছন্দটি নির্ভর করে নির্দিষ্ট প্রকল্পের অর্থনৈতিক পরিস্থিতির উপর—বিদ্যুৎ খরচ, অতিরিক্ত এলএনজি উৎপাদনের মূল্য, দক্ষ রক্ষণাবেক্ষণ প্রযুক্তিবিদদের উপলব্ধতা এবং অপরিকল্পিত বন্ধের ঝুঁকি নেওয়ার অপারেটরের সহনশীলতার উপর।

যা গুরুত্বপূর্ণ, তা হলো ইপিসি ঠিকাদারটি যেন এই বিকল্পগুলোর মধ্যে সমতুল্য বিনিময়গুলো বুঝতে পারে এবং স্পষ্টভাবে ব্যাখ্যা করতে পারে। যে ঠিকাদার প্রতিটি প্রকল্পের জন্য টার্বোএক্সপ্যান্ডার চাপিয়ে দেয় কারণ এগুলো আরও উন্নত শোনায়, সে মালিকের প্রতি অবিচার করছে। একইভাবে, যে ঠিকাদার প্রতিটি প্রকল্পের জন্য জেটি ভাল্ভের দিকে ঝুঁকে পড়ে কারণ এগুলো সহজ, সে দক্ষতার মাধ্যমে অর্জনযোগ্য অতিরিক্ত দক্ষতা থেকে উৎপন্ন হওয়া অর্থ হারাচ্ছে।

সর্বোত্তম পদ্ধতি হলো একটি ডিজাইন যা প্রক্রিয়ার জটিলতাকে প্রকল্পের নির্দিষ্ট পরিস্থিতির সঙ্গে মিলিয়ে নেয়। যেসব প্রকল্পে ফিড গঠন ভালোভাবে বোঝা যায় এবং স্থিতিশীল, সেখানে একটি সহজ সম্প্রসারণ পদ্ধতি পূর্ণাঙ্গভাবে যথেষ্ট হতে পারে। যেসব প্রকল্পে ফিড পরিবর্তনশীল বা যেখানে বিদ্যুৎ খরচ উচ্চ, সেখানে টার্বোএক্সপ্যান্ডার এবং আরও উন্নত শীতলীকরণ চক্রে অতিরিক্ত বিনিয়োগ সাধারণত লাভজনক হয়ে ওঠে।

ক্রায়োজেনিক সম্প্রসারণ একটি সার্বজনীন প্রযুক্তি নয়। এটি একটি বিকল্পের সংগ্রহশালা যা প্রয়োগের সঙ্গে মিলিয়ে নেওয়া হতে হয়। যেসব ঠিকাদার এই বিষয়টি বোঝেন—এবং যাদের প্রয়োগ-ভিত্তিক অভিজ্ঞতা আছে সঠিক সিদ্ধান্ত নেওয়ার জন্য—তারাই কাজ করার জন্য উপযুক্ত। গ্রিনফির ক্রায়োজেনিক গ্যাস প্রক্রিয়াকরণ প্রকল্পে এই ধরনের প্রয়োগ-ভিত্তিক প্রকৌশল বিচারশক্তি নিয়ে আসে, যা ASME U-স্ট্যাম্প সার্টিফিকেশন এবং দেশীয় ক্রায়োজেনিক সরঞ্জাম শিল্পে গভীর মূল বিশিষ্ট একটি ডিজাইন কেন্দ্র দ্বারা সমর্থিত। .