দুর্লভ গ্যাস আস্তিলন কলাম

যেসব সূক্ষ্ম মৌল উচ্চ মূল্য নিয়ন্ত্রণ করে

ক্রিপটন এবং জেনন ঠিক ঘরোয়া নাম নয়। কিন্তু শিল্পের কিছু বিশেষ ক্ষেত্রে, এদের দাম এত বেশি যে সোনাকেও সাধারণ মনে হয়। কারণটা সহজ: এগুলো বায়ুমণ্ডলে অত্যন্ত বিরল। ক্রিপটন পরিবেশগত বায়ুতে প্রায় ১.১ ভাগ প্রতি মিলিয়নে পাওয়া যায়। জেনন আরও বিরল—০.০৮৬ ভাগ প্রতি মিলিয়নে । এটাকে আরও স্পষ্ট করে বলতে গেলে, এক মিলিয়ন ঘনমিটার বায়ু প্রক্রিয়াজাত করলে মাত্র এক ঘনমিটার ক্রিপটন এবং তার চেয়েও কম পরিমাণ জেনন পাওয়া যায়।

তবুও এই গ্যাসগুলো অপরিহার্য। ক্রিপটন শক্তি-দক্ষ জানালায় ভর্তি করা হয়, কিছু বিশেষায়িত আলোকব্যবস্থার জন্য নিষ্ক্রিয় বায়ুমণ্ডল প্রদান করে এবং উচ্চ-কর্মক্ষমতাসম্পন্ন তাপ-বিচ্ছেদে ব্যবহৃত হয়। জেনন হলো উপগ্রহ চালনায় আয়ন থ্রাস্টারের পছন্দের প্রোপেল্যান্ট, অর্ধপরিবাহী উৎপাদনে এক্সাইমার লেজারের কাজের গ্যাস এবং অন্ধকার পদার্থ পরীক্ষায় সনাক্তকরণ মাধ্যম—যেখানে বিশুদ্ধতার প্রয়োজনীয়তা প্রায় অবিশ্বাস্য সীমায় পৌঁছে।

বাতাস থেকে এই সূক্ষ্ম উপাদানগুলি পুনরুদ্ধার করা বাধ্যতামূলক—এটি অর্থনৈতিকভাবে প্রয়োজনীয়, কারণ এদের মূল্য জটিলতার যথেষ্ট কারণ হয়ে ওঠে। কিন্তু এই পুনরুদ্ধার প্রক্রিয়াটি নিজেই বিদ্যমান সবচেয়ে চাপসৃষ্টিকারী ক্রায়োজেনিক আস্তাপাতন অপারেশনগুলির মধ্যে একটি।

সাধারণ আস্তাপাতন কেন কাজ করবে না

মৌলিক চ্যালেঞ্জটি হলো ঘনত্ব। পরিবেশগত বাতাস প্রধানত নাইট্রোজেন ও অক্সিজেন দিয়ে গঠিত, যার পরে আর্গন হলো পরবর্তী সবচেয়ে প্রচুর পরিমাণে পাওয়া যাওয়া অপেক্ষাকৃত কম উপাদান। ক্রিপটন ও জেনন এত তীব্রভাবে লঘু যে এগুলি একটি সাধারণ বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিটের (ASU) প্রধান আস্তাপাতন কলামগুলিতে এমনকি শনাক্ত করাও সম্ভব হয় না। এগুলি শুধুমাত্র অক্সিজেন প্রবাহের সঙ্গে চলে যায় এবং তরল অক্সিজেনের তলদেশে জমা হয়।

এগুলি পুনরুদ্ধার করতে, প্রক্রিয়াটি একটি প্রধান ASU থেকে নেওয়া তরল অক্সিজেন প্রবাহ দিয়ে শুরু করতে হবে। এই প্রবাহে ক্রিপটন ও জেনন সমৃদ্ধ ঘনত্বে থাকে—যদিও এখনও খুব কম, কিন্তু অন্তত পরিমাপযোগ্য। পরে এক্সট্রাকশন কোল্ড বক্সটি নাইট্রাস অক্সাইড ও হাইড্রোকার্বনের মতো বায়ুমণ্ডলীয় দূষণকারী পদার্থগুলি অপসারণ করে, যা অন্যথায় পরবর্তী পর্যায়ে সমস্যা সৃষ্টি করত। .

পরিশোধন প্রক্রিয়াটি একাধিক পর্যায়ে সম্পন্ন হয়। প্রথম সেট কলামগুলি দ্বারা কয়েকটি দুর্লভ গ্যাসকে মিলিয়ন-এ-অংশ স্তর থেকে আরম্ভ করে একটি অপরিশোধিত ঘনীভূত মিশ্রণে পর্যন্ত সমৃদ্ধ করা হয়। এই অপরিশোধিত মিশ্রণে সাধারণত ক্রিপটন ও জেনন একত্রে কয়েক শতাংশ থাকে, যার সঙ্গে অক্সিজেন ও অন্যান্য অবশিষ্ট উপাদানও থাকে। এরপর একটি আপগ্রেডার বিভাগ চূড়ান্ত পরিশোধন কাজটি সম্পন্ন করে। .

এই উপাদানগুলির আপেক্ষিক বাষ্পীভবন ক্ষমতার কারণে পৃথকীকরণ কাজটি কঠিন। ক্রিপটন ও জেননের স্ফুটনাঙ্ক অক্সিজেনের স্ফুটনাঙ্কের কাছাকাছি হওয়ায় পৃথকীকরণের জন্য অনেকগুলি তাত্ত্বিক পর্যায় এবং উচ্চ রিফ্লাক্স অনুপাত প্রয়োজন। কলামগুলি উঁচু, চাপ হ্রাস সাবধানতার সঙ্গে নিয়ন্ত্রণ করা হয় এবং তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ অত্যন্ত নির্ভুল হতে হয়। এটি একটি সহনশীল প্রক্রিয়া নয়।

কাজটি সম্পন্ন করার জন্য প্রয়োজনীয় কলাম বিন্যাস

একটি সাধারণ দুর্লভ গ্যাস পুনরুদ্ধার ট্রেনে শ্রেণিবদ্ধভাবে সাজানো একাধিক আস্তীলন কলাম থাকে। প্রি-কনসেন্ট্রেশন কলামগুলি মধ্যম চাপে কাজ করে এবং সমৃদ্ধকরণের বৃহৎ অংশ পরিচালনা করে। ফিড—অ্যাসিও ইউনিট (ASU) থেকে প্রাপ্ত তরল অক্সিজেন—প্রথম কলামে প্রবেশ করে, যেখানে অক্সিজেন এবং হালকা উপাদানগুলি ওভারহেড হিসেবে সরিয়ে নেওয়া হয় এবং ক্রিপটন ও জেনন নীচে কেন্দ্রীভূত হয়।

প্রি-কনসেন্ট্রেটর থেকে, বটমস স্ট্রিমটি একটি ক্রিপটন/জেনন কলামে যায় যেখানে এই দুটি দুর্লভ গ্যাসকে একে অপর থেকে পৃথক করা হয়। এই প্রক্রিয়াটি বিশেষভাবে জটিল হয়ে ওঠে কারণ ক্রিপটন ও জেননের বাষ্পীভবন ক্ষমতা ভিন্ন হলেও পৃথকীকরণ ফ্যাক্টরটি বড় নয়। কলামটি উচ্চ দক্ষতার সাথে এবং কঠোর তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে পরিচালিত হতে হবে।

চূড়ান্ত পর্যায়টি হলো পরিশোধন কলাম, যা অবশিষ্ট অক্সিজেন এবং যেকোনো হাইড্রোকার্বন চিহ্ন অপসারণ করে। এই কলাম থেকে নির্গত পণ্য সাধারণত সম্মিলিত দুর্লভ গ্যাস স্ট্রিমের জন্য ৯৮% এর উপরে বিশুদ্ধতা অর্জন করতে পারে, যা সাধারণত প্রায় ৯১% ক্রিপটন, ৭% জেনন এবং বাকি অংশ অক্সিজেন হিসেবে বিভক্ত হয় সেখান থেকে, গ্যাসগুলিকে চূড়ান্ত পৃথকীকরণ ও প্যাকেজিংয়ের জন্য সিলিন্ডারে সংকুচিত করা হয় .

সমগ্র ট্রেনটি একটি শীতল বাক্সের ভিতরে কাজ করে, যা তাপ ক্ষরণ কমানোর জন্য পার্লাইট বা এর অনুরূপ উপাদান দিয়ে পরিবেষ্টিত। সমস্ত ভাল্ভ, পাইপিং এবং যন্ত্রপাতি ক্রায়োজেনিক সেবার জন্য অনুমোদিত হতে হবে। যান্ত্রিক ডিজাইনে তাপীয় সংকোচন, বিভিন্ন প্রসারণ এবং যেকোনো উল্লেখযোগ্য তাপ ক্ষরণের ফলে পৃথকীকরণ ক্ষমতা কমে যাওয়ার বিষয়টি বিবেচনা করতে হবে।

যেখানে অর্থনৈতিক বিশ্লেষণ আসলে সঠিক হয়

প্রতিটি এএসইউ-ই দুর্লভ গ্যাস উদ্ধারের জন্য উপযুক্ত নয়। অর্থনৈতিক বিবেচনায় এটি শুধুমাত্র বৃহৎ পরিসরে কার্যকর। শিল্প সূত্রগুলি বলছে যে, প্রতিদিন ৩,০০০ থেকে ৪,০০০ টনের বেশি প্রক্রিয়াকরণ ক্ষমতা সম্পন্ন একটি এএসইউ-ই হল সেই সীমা যেখানে উদ্ধার কার্যক্রমটি অর্থনৈতিকভাবে আকর্ষণীয় হয়ে ওঠে । এই সীমার নীচে, উদ্ধার প্রক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয় সরঞ্জামের মূলধন ব্যয় এবং চলমান পরিচালন খরচগুলি উৎপাদিত পণ্যের মূল্য দ্বারা যথেষ্ট যৌক্তিক করা সম্ভব হয় না।

এর যুক্তিটি সরাসরি। উদ্ধার সরঞ্জামগুলি এএসইউ-এর মূলধন ব্যয়কে উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে—কলামগুলি, কোল্ড বক্স, যন্ত্রপাতি, বিশেষায়িত নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা। এছাড়াও এটি প্রধান এএসইউ-এর প্যারাসিটিক লোডকে বৃদ্ধি করে, কারণ দুর্লভ গ্যাস নিষ্কাশনের জন্য তরল অক্সিজেন ব্যবহার করা হয় যা অন্যথায় পণ্য হিসেবে উৎপাদিত হত, এবং আস্তরণ কলামগুলির জন্য প্রয়োজনীয় শীতলীকরণ সমগ্র শক্তি খরচকে বৃদ্ধি করে।

তবে, বৃহদাকার শিল্প জটিলগুলির জন্য বড় এএসইউ-এর ক্ষেত্রে গণনাটি পরিবর্তিত হয়। সীমিত মূলধন খরচটি অনেক বড় উৎপাদন ভিত্তির উপর ছড়িয়ে দেওয়া হয়, এবং দুর্লভ গ্যাসের আয় সমগ্র প্রকল্পের অর্থনৈতিক বিষয়গুলিকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে। কিছু অপারেটর দুর্লভ গ্যাস পুনরুদ্ধার প্রক্রিয়াটিকে বৃহত্তর এএসইউ অপারেশনের মধ্যে একটি পৃথক ব্যবসায়িক ইউনিট হিসেবে বিবেচনা করেন—এবং কিছু ক্ষেত্রে, দুর্লভ গ্যাস থেকে আয় সমগ্র বিনিয়োগের ফেরতের হারকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে।

অধ্যয়ন করার মতো একটি বাস্তব-জগতের ইনস্টলেশন

পূর্ব এশিয়ায় অবস্থিত একটি সুবিধা একটি উপযোগী কেস স্টাডি প্রদান করে। এই এএসইউটি প্রতিদিন প্রায় ৪,০০০ টন বাতাস প্রক্রিয়া করে এবং একটি ইস্পাত উৎপাদন জটিল ও একটি রাসায়নিক উদ্যোগে অক্সিজেন ও নাইট্রোজেন সরবরাহ করে। মূল এএসইউ কয়েক বছর ধরে চালু থাকার পর দুর্লভ গ্যাস পুনরুদ্ধার প্রক্রিয়াটি দ্বিতীয় পর্যায়ের বিনিয়োগ হিসেবে যোগ করা হয়েছিল।

স্থাপনের সময় কয়েকটি চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হতে হয়েছিল। রিকভারি ট্রেনে অক্সিজেন সরবরাহের স্ট্রিমটি এএসইউ কোল্ড বক্সের একটি নির্দিষ্ট বিন্দু থেকে আহরণ করতে হয়েছিল, যার জন্য পরিকল্পিত শাটডাউন এবং বিদ্যমান পাইপিং-এ পরিবর্তন আবশ্যক হয়েছিল। নতুন কোল্ড বক্সটি বিদ্যমান গঠনের পাশে স্থাপন করা হয়েছিল, কিন্তু নিয়ন্ত্রণ ও ইন্টারলকগুলির একীকরণের জন্য রিকভারি ট্রেন ভেন্ডর এবং এএসইউ অপারেটিং দলের মধ্যে সাবধানতাপূর্ণ সমন্বয় প্রয়োজন হয়েছিল।

রিকভারি ট্রেনটি নিজেই তিনটি কলামের বিন্যাস ব্যবহার করে: একটি প্রি-কনসেন্ট্রেটর, একটি ক্রিপটন/জেনন স্প্লিটার এবং একটি চূড়ান্ত পিউরিফায়ার। সিস্টেমটি অবিচ্ছিন্নভাবে পরিচালিত হয়, এবং পণ্যের বিশুদ্ধতা নিয়মিত নমুনা পরীক্ষা করা হয় যাতে নির্দিষ্ট মানদণ্ড পূরণ করা নিশ্চিত করা যায়। অপারেটররা রিপোর্ট করেছেন যে প্রধান পরিচালন চ্যালেঞ্জ হলো ফিডে হাইড্রোকার্বন সামগ্রীর পরিচালনা—যদি উচ্চতর পর্যায়ের এএসইউ-এর সিও₂ এবং এন₂ও অপসারণ সিস্টেমগুলি সঠিকভাবে কাজ না করে, তবে রিকভারি ট্রেনের পিউরিফায়ারটি অতিভারিত হতে পারে।

এখন সুবিধাটি বাণিজ্যিক-মানের বিশুদ্ধতায় ক্রিপটন এবং জেনন উৎপাদন করছে, এবং পণ্যগুলি বিশেষ গ্যাস বাজারে বিক্রয় করা হচ্ছে। পুনরুদ্ধার ট্রেনের বিনিয়োগের প্রত্যাবর্তন সময়কাল সমর্থনযোগ্য পরিসরের মধ্যে ছিল বলে রিপোর্ট করা হয়েছে, যদিও অপারেটর স্বীকার করেছেন যে ছোট স্কেলে প্রকল্পটি কার্যকর হত না।

গুরুত্বপূর্ণ সীমাবদ্ধতা

যেকোনো বাস্তবসম্মত মূল্যায়নে স্বীকার করা আবশ্যিক কিছু সীমাবদ্ধতা রয়েছে। ফিড সংযোজন গুরুত্বপূর্ণ—যদি পরিবেশগত বাতাসে হাইড্রোকার্বন বা অন্যান্য সূক্ষ্ম দূষণকারী পদার্থের অস্বাভাবিক মাত্রা থাকে, তবে পরিশোধনের চাপ বৃদ্ধি পায়। পুনরুদ্ধার দক্ষতা ১০০% নয়; বিভিন্ন কলামের তলদেশ এবং ওভারহেড স্ট্রিমগুলিতে কিছু বিরল গ্যাস অবশ্যই হারিয়ে যায়।

পণ্যের বিশুদ্ধতার প্রয়োজনীয়তাও গুরুত্বপূর্ণ। কিছু অ্যাপ্লিকেশনে অতি-উচ্চ বিশুদ্ধতার মাত্রা আবশ্যক—যেমন, ডার্ক ম্যাটার ডিটেকশনের ক্ষেত্রে জেননে ক্রিপটনের ঘনত্ব ১০⁻¹² mol/mol-এর নিচে হতে হয়। এই বিশুদ্ধতার মাত্রা অর্জন করতে স্ট্যান্ডার্ড রিকভারি ট্রেনের বাইরে অতিরিক্ত প্রক্রিয়াকরণ পদক্ষেপ প্রয়োজন, যা খরচ ও জটিলতা বাড়ায়।

বাজারে প্রবেশের প্রশ্নটিও রয়েছে। বিরল গ্যাসগুলি কমোডিটি পণ্য নয়; এগুলি বিশেষায়িত সরবরাহ শৃঙ্খলের মাধ্যমে দীর্ঘমেয়াদি চুক্তি ও কঠোর মানের বিশেষ বিবরণ অনুযায়ী বিক্রয় করা হয়। যে সুবিধাটি বিরল গ্যাস উৎপাদন করে কিন্তু সেগুলি বিক্রয় করার জন্য বাণিজ্যিক অবকাঠামো নেই, সেটি আয় উৎপাদনের পরিবর্তে ইনভেন্টরি ধরে রাখতে বাধ্য হতে পারে।

প্রযুক্তির পথ

দুর্লভ গ্যাস পুনরুদ্ধারের জন্য মৌলিক আস্তিলন প্রযুক্তি দশক ধরে স্থিতিশীল রয়েছে। কলামগুলি, তাপগতিবিদ্যা, পৃথকীকরণ নীতিগুলি—এগুলো ভালোভাবে বোঝা যায় এবং এগুলো ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হচ্ছে না। যা বিকশিত হচ্ছে, তা হলো একীকরণ ও অপ্টিমাইজেশন।

আধুনিক নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থাগুলি এক দশক আগেও যা সম্ভব ছিল না, তার চেয়ে অনেক বেশি নিখুঁত তাপমাত্রা ও চাপ নিয়ন্ত্রণ সম্ভব করে দেয়। উন্নত সেন্সরগুলি বাস্তব সময়ে গঠনের তথ্য প্রদান করে যা ফিডফরওয়ার্ড নিয়ন্ত্রণ কৌশলগুলিকে সক্ষম করে। ফলস্বরূপ, পুনরুদ্ধার দক্ষতা উন্নত হয় এবং পণ্যের মান আরও সুসঙ্গত হয়।

এছাড়া, মডিউলার, স্কিড-মাউন্টেড ডিজাইনের দিকে ঝোঁক বাড়ছে, যা সাইটে ইনস্টলেশন সময় কমায় এবং হোস্ট এএসইউ-এর সাথে একীকরণকে সহজ করে। কারখানায় পরীক্ষা ও পূর্ব-চালুকরণ সাইটে সরঞ্জাম পৌঁছানোর আগেই সমস্যাগুলি চিহ্নিত করতে পারে, যা বন্ধের ঝুঁকি ও স্থায়িত্ব কমায়।

অর্থনৈতিক চালকগুলি এখনও শক্তিশালী রয়েছে। বিশেষ গ্যাসের চাহিদা অর্ধপরিবাহী, মহাকাশ, স্বাস্থ্যসেবা এবং গবেষণা—এই বহু খাতে বৃদ্ধি পাচ্ছে। ঐতিহ্যগত উৎস থেকে বিরল গ্যাসের সরবরাহ সীমিত, যা দাম নির্ধারণকে সমর্থন করছে। বড় আইএসইউ-এর অপারেটরদের জন্য বিরল গ্যাস পুনরুদ্ধার যোগ করা প্রকল্পের পরিসরের একটি ক্রমবর্ধমান মানসম্মত অংশ হয়ে উঠছে।

গ্রিনফার বহু প্রকল্পে বিরল গ্যাস প্রয়োগের জন্য ক্রায়োজেনিক আস্তাপাতন সরঞ্জাম সরবরাহ করেছে, যার নির্মাণ ক্ষমতা এএসএমই ও সিই মান পূরণ করে এবং কঠোর সময়সূচীতে ডেলিভারি দেওয়ার একটি প্রমাণিত রেকর্ড রয়েছে। এই বিশেষায়িত কলামগুলির জন্য প্রয়োজনীয় প্রকৌশল ও উৎপাদন অবকাঠামো বিদ্যমান; যেকোনো প্রকল্পের জন্য প্রশ্ন হলো যে প্রকল্পের আকার এবং বাজারের অবস্থা বিনিয়োগটি যৌক্তিক করে তোলে কি না।