ដ្យាក្រាមលំហូរដំណាំការបំបែកខ្យល់តាមវិធីសាស្ត្រជាប់ក្តៅ ពន្យល់យ៉ាងលម្អិត

ការបំបែកខ្យល់តាមវិធីសាស្ត្រជាប់ក្តៅ ឯកតាគម្លាត់ខ្យល់ ដំណើរការ៖ ដំណាំការជាជំហានៗ

ការបង្ហាប់ និងសម្អាតខ្យល់៖ ការដក CO₂ សំណើម និងអ៊ីដ្រូកាបូនចេញ

ខ្យល់ពីបរិស្ថានជុំវិញត្រូវបានទាញចូលទៅក្នុងម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ច្រើនជាន់ទាំងនេះ ដែលខ្យល់នេះត្រូវបានបង្ហាប់ដល់កម្រិតសម្ពាធប្រហែល ០,៦ ដល់ ០,៨ មេកាបាស្កាល់ (MPa)។ បន្ទាប់ពីការបង្ហាប់ ខ្យល់ធ្វើការឆ្លងកាត់អ្វីដែលគេហៅថា «គ្រាប់ស៊ីលីកាអ៊ីក» (molecular sieve beds)។ សារធាតុពិសេសទាំងនេះចាប់យកសារធាតុដូចជា កាបូនឌីអុកស៊ីត សំណើម និងសារធាតុអាល់កាឡាហ្វាតផ្សេងៗ។ ការដកសារធាតុប៉ះពាល់ទាំងនេះចេញគឺមានសារៈសំខាន់ណាស់ ព្រោះបើមិនដូច្នេះទេ យើងនឹងប្រឈមនឹងបញ្ហាការបង្កើតជាកំរាស់ក្នុងសីតុណ្ហភាពទាប និងបញ្ហាប៉ះពាល់ដែលបណ្តាលមកពីការឆ្លាក់នៅផ្នែកទាំងនេះដែលមានសីតុណ្ហភាពទាបនៅក្នុងប្រព័ន្ធទាំងមូល។ បច្ចុប្បន្ន ម៉ាស៊ីនភាគច្រើន ឯកតាគម្លាត់ខ្យល់ ប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាដែលគេហៅថា «ការផ្ទុកដោយការផ្លាស់ប្តូរសីតុណ្ហភាព» (temperature swing adsorption technology)។ ការរៀបចំប្រព័ន្ធជាទូទៅរួមមានប៉ោងពីរប៉ោងដែលដំណើរការរួមគ្នា។ ក្នុងពេលដែលប៉ោងមួយកំពុងធ្វើការសម្អាតខ្យល់ ប៉ោងទីពីរវិញកំពុងបានធ្វើការស្តារឡើងវិញ ដោយការបញ្ជូនអាសូតគ្មានប្រយោជន៍ឆ្លងកាត់វា ឬដោយការកំដៅសារធាតុដើម្បីដោះលែងសារធាតុប៉ះពាល់ដែលត្រូវបានចាប់យក។

ការធ្វើឱ្យត្រជាក់យ៉ាងជ្រៅ និងការបំប្លែងទៅជាប្រភេទរាវ តាមរយៈកង់ប៉ះពាល់ (expansion turbines) និងផលប៉ះពាល់ជូល-ថូមសុន (Joule–Thomson Effect)

ខ្យល់ដែលបានសម្អាត និងបានបង្ហាប់ ត្រូវបានធ្វើឱ្យត្រជាក់ជាមុននៅក្នុងឧបករណ៍ផ្លាស់ប្តូរកំដៅធំៗទាំងនេះ ដោយបញ្ជូនវាតាមរយៈស្ទ្រេមផលិតផលត្រជាក់ ដែលត្រឡប់មកវិញពីផ្នែកផ្សេងៗនៅក្នុងប្រព័ន្ធ។ សីតុណ្ហភាពធ្លាក់ចុះដល់ប្រហែល -១៧៥ អង្សាសេលស៊ីយ៉ុស បន្ទាប់ពីជំហាននេះ។ ដំណាំការបំប្លែងទៅជាបរិយាកាសរាវ (liquefaction) កើតឡើងជាមួយនឹងប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់នៅក្នុង turboexpanders ទាំងនេះ ដែលជាឧបករណ៍ដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ ដែលកាសរាវរីកប៉ះពាល់យ៉ាងឆាប់រហ័ស ហើយបំប្លែងថាមពលសម្ពាធ ទៅជាការងារយាន្តការ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ ក៏ធ្វើឱ្យវាត្រជាក់ផងដែរ ដោយសារឥទ្ធិពល Joule-Thomson។ អាសូតីច មានចំណុចខ្លាំងនៅប្រហែល -១៩៦ អង្សាសេលស៊ីយ៉ុស ខណៈដែលអុកស៊ីសែន មានចំណុចខ្លាំងនៅ -១៨៣ អង្សាសេលស៊ីយ៉ុស ដូច្នេះ ចំណុចខ្លាំងខុសគ្នារបស់ពួកវាជួយបំបែកពួកវាទៅជាបាក់ស្ទ្រេមផ្សេងៗគ្នា មុននៅពេលដែលយើងទៅដល់ជំហាន distillation ផងដែរ។

Distillation ប៉ះពាល់ទៅនឹងសីតុណ្ហភាពទាបខ្លាំងនៅក្នុងស្តម្ភ៌ Linde ប្រភេទពីរ: ការបំបែកស្ទ្រេមអុកស៊ីសែន អាសូតីច និងអាហ្សុន

នៅពេលដែលខ្យល់ត្រូវបានរាវ ចូលទៅក្នុងអ្វីដែលគេស្គាល់ថា ជាប្រព័ន្ធបំបែកដោយវិធីសាកសួរពីរស្តម្ភ (dual-column distillation setup) វាជាសមាសធាតុសំខាន់មួយក្នុងប្រព័ន្ធបំបែកខ្យល់សម័យទំនើប។ នៅខាងក្នុងស្តម្ភសម្ពាធ​ខ្ពស់ ដែលដំណាំនៅកម្រិតសម្ពាធប្រហែល ៥ ដល់ ៦ បារ (bar) អាសូត (nitrogen) មាននៅក្នុងស្ថានភាពអាកាស ហើយឡើងទៅលើ ខណៈដែលសារធាតុរាវដែលមានអុកស៊ីសែន (oxygen) ច្រើន ធ្លាក់ចុះទៅក្រោម។ សារធាតុរាវនេះបន្ទាប់មកត្រូវបានបញ្ចេញចូលទៅក្នុងស្តម្ភសម្ពាធ​ទាប នៅកម្រិតសម្ពាធប្រហែល ១,២ ដល់ ១,៣ បារ ដែលការបំបែកពិតប្រាកដកើតឡើងតាមរយៈលក្ខខណ្ឌសារធាតុត្រឡប់ (reflux conditions) ដែលគ្រប់គ្រងយ៉ាងប្រុងប្រយ័ត្ន។ អាហ្សូន (Argon) មានលក្ខណៈពិសេស ព្រោះវាមានចំណុចចាប់ផ្ទះ (boiling point) ប្រហែល -១៨៦ អង្សាសេលស៊ីអ៊ីស (Celsius) ដូច្នេះវាប្រមូលផ្តុំគ្នាដោយធម្មជាតិនៅក្នុងផ្នែកពិសេសមួយ ដែលស្ថិតនៅចន្លោះរវាងស្តម្ភទាំងពីរនេះ។ ដំណើរការទាំងមូលដែលដំណាំជាបន្តបន្ទាប់ ផលិតអុកស៊ីសែនដែលមានភាពស្អាតប្រហែល ៩៩,៥% និងអាសូតដែលមានភាពស្អាតប្រហែល ៩៩,៩៩៩%។ ស្តង់ដារទាំងនេះឆ្លុះបញ្ចាំងពីតម្រូវការដែលកំណត់ដោយ ISO 8573-1 ហើយបានក្លាយជាប្រតិបត្តិការស្តង់ដារនៅក្នុងវិស័យផ្សេងៗគ្នា រួមទាំងស្ថាប័នថែទាំសុខភាព រោងចក្រដំណាំលោហៈ និងរោងចក្រផលិតសែមីកុងឌុកទ័រ។

សំភារៈសំខាន់ៗនៅក្នុងប្រព័ន្ធគំរូអាកាសទំនើប៖ ប្រអប់ត្រជាក់ និងការបញ្ចូលកំដៅ

ការរចនាប្រអប់ត្រជាក់៖ ការបញ្ចូលគ្នាដែលមានទំហំតូចនៃជើងគោល ឧបករណ៍ផ្លាស់ប្តូរកំដៅ និងប៉ាઇប៍

នៅកណ្ដុរនៃម៉ាស៊ីនបំបែកខ្យល់ គឺជាអ្វីដែលយើងហៅថា «ប្រអប់ត្រជាក់» (cold box) ដែលជាបរិវេណមួយដែលមានការប៉ះពាល់កំដៅយ៉ាងខ្លាំង ហើយផ្ទុកគ្រប់គ្រឿងផ្សេងៗទាំងអស់នៅក្នុងសំបកសុញ្ញាកាសធំមួយ។ នៅក្នុងបរិវេណនេះ មានប៉ោងចម្រោះ (distillation towers) ឈរជាមួយនឹង heat exchangers ដែលធ្វើពីអាលុយមីញ៉ូម ដែលបានភ្ជាប់គ្នាដោយវិធី brazing ពិសេស និងប៉ោងប៉ាក់ក្តៅ-ត្រជាក់ (cryogenic pipes) ច្រើនប្រភេទដែលឆ្លងកាត់ទាំងមូល។ ការរៀបចំទាំងមូលនេះពិតជាឆ្លាតវៃណាស់។ ដោយសារគ្រប់គ្រឿងទាំងអស់ត្រូវបានដាក់បញ្ចូលគ្នាយ៉ាងជិតស្និត ហេតុនេះហើយបានធ្វើឱ្យមានឱកាសតិចតួចណាស់ដែលកំដៅមិនចង់បានចូលមក ដែលជារឿងសំខាន់ណាស់នៅពេលសីតុណ្ហភាពធ្លាក់ទាបជាង ១៨០ ដឺក្រេសេលស៊ីអ៊ីស (Celsius) ក្រោមសូន្យ។ ក្រុមថែទាំក៏ចូលចិត្តរចនាប័ទ្មនេះផងដែរ ព្រោះការជួសជុលគ្រឿងផ្សេងៗទាំងអស់ចใชេលពេលតិចជាង ៣០% បើធៀបទៅនឹងប្រព័ន្ធចាស់ៗ ដែលគ្រឿងផ្សេងៗត្រូវបានរៀបចំដាក់ផ្សាយច្រើនទីកន្លែង។ ប្រអប់ទាំងនេះផលិតចេញពីស្ពាន់ស្តេលដែលមានភាពរឹងមាំខ្លាំង លាយជាមួយអាលុយមីញ៉ូម alloy មួយចំនួន ដែលអាចទប់ទល់នឹងការពង្រីក និងការបង្រួមបានដោយធម្មជាតិ។ សំខាន់បំផុត គឺវាបែងចែកស្ទ្រេមអុកស៊ីសែន ស្ទ្រេមអាសូត និងស្ទ្រេមអាហ្សុនីយ៉ុមឱ្យនៅដាច់ពីគ្នាតាមរយៈដំណាំទាំងមូល ដែលធានាថា គ្មានអ្វីបានលាយបញ្ចូលគ្នា ហើយដំណាំនៅតែអាចប្រតិបត្តិការបានដោយស្ថេរភាព ជារៀងរាល់ឆ្នាំ។

បណ្តាញផ្លាស់ប្តូរកំដៅចម្បង និងយុទ្ធសាស្ត្រសង្គ្រោះថាមពល

សព្វថ្ងៃនេះ ឯកតាបំបែកខ្យល់អាស្រ័យយ៉ាងខ្លាំងលើប្រព័ន្ធផ្លាស់ប្តូរកំដៅដែលមានភាពស្មុគស្មាញ ដែលទាញយកការត្រជាក់ដែលមានតម្លៃពីស្រាប់អាសូតដែលចេញទៅ និងស្រាប់ផលិតផលត្រជាក់។ ការរចនាដែលប្រើប្រាស់ចរន្តប្រឆាំងគ្នានេះក៏ធ្វើការបានឆ្លាតវៃផងដែរ ព្រោះវាធ្វើឱ្យខ្យល់ដែលចូលមកត្រជាក់ នៅពេលដែលវាប៉ះទង្គិចនឹងខ្យល់ដែលចេញទៅ ហើយធ្វើឱ្យភាពខុសគ្នានៃសីតុណ្ហភាពថយចុះដល់ប្រហែល ៣ ដឺក្រេសេលស៊ីយ៉ុស។ សមិទ្ធិផលដ៏គួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍នេះ គឺសំខាន់បំផុតដោយសារតែអ្នកផ្លាស់ប្តូរកំដៅដែលធ្វើពីអាលុយមីញ៉ូមដែលបានភ្ជាប់គ្នាដោយវិធីប្រើការរលាយ (brazed aluminum exchangers) ជំនាន់ថ្មីៗដែលបានចេញមកកាលពីថ្មីៗនេះ។ ប្រសិនបើពិនិត្យមើលលទ្ធផលពិតប្រាកដនៅក្នុងស្ថានភាពជាក់ស្តែង ការរៀបចំទាំងនេះជំនាន់ថ្មីៗ ជាទូទៅបានកាត់បន្ថយការប្រើប្រាស់ថាមពលសរុបចន្លោះ ៤០ ទៅ ៥០ ភាគរយ ប្រៀបធៀបទៅនឹងគំរូចាស់ៗ។ ចំពោះប្រតិបត្តិការឧស្សាហកម្មធំៗ ដែលដំណាំបានច្រើនជុំក្នុងមួយថ្ងៃ ការសន្សំនេះបានបកប្រែទៅជាប្រាក់សន្សំប្រហែល ២,៨ លានដុល្លារអាមេរិកក្នុងមួយឆ្នាំ សម្រាប់តែការចំណាយប្រតិបត្តិការប៉ុណ្ណោះ ដែលផ្អែកលើទិន្នន័យដែលបានប្រមូលតាមរយៈគម្រោងបច្ចេកវិទ្យាប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពរបស់ក្រសួងថាមពលសហរដ្ឋអាមេរិក (US Department of Energy's Industrial Technologies initiative) នៅឆ្នាំ ២០២២។

ហេតុអ្វីបានជាប្រើបច្ចេកវិទ្យាក្រាស៊ីយ៉ូសេនិក? ភាពខុសគ្នានៃចំណុចដែលរាវពុះ អនុញ្ញាតឱ្យផលិតឧស្ម័នដែលមានសារធាតុស្អាតខ្ពស់

ការបំបែកខ្យល់ដោយប្រើបច្ចេកវិទ្យាក្រាស៊ីយ៉ូសេនិក នៅតែជាវិធីតែមួយគត់ដែលឧស្សាហកម្មប្រើប្រាស់ដើម្បីទទួលបានឧស្ម័នស្អាតខ្ពស់ប៉ុណ្ណោះដូចជា អុកស៊ីសែន នីទ្រូសែន និងអាហ្សុន ក្នុងបរិមាណច្រើន។ ដំណាំនេះដំណើរការបានដោយសារតែឧស្ម័នទាំងនេះមានចំណុចពុះខុសគ្នា ដែលអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកផលិតបំបែកវាបានយ៉ាងស្អាត ដោយកម្រិតសារធាតុស្អាតជាញឹកញាប់លើសពី ៩៩,៥%។ ស្ថាប័នស្តង់ដារដូចជា ASTM និង ISO បានគាំទ្រវិធីនេះដោយការបោះពុម្ពស្តង់ដារ D1946 និង 8573-1 របស់ពួកគេ។ នៅពេលយើងមើលលេខជាក់ស្តែង នីទ្រូសែនពុះនៅប្រហែល -១៩៦ អង្សាសេលស៊ីអ៊ុស អាហ្សុនពុះនៅប្រហែល -១៨៦ ហើយអុកស៊ីសែនពុះនៅប្រហែល -១៨៣ អង្សាសេលស៊ីអ៊ុស។ ភាពខុសគ្នាតូចៗនៃសីតុណ្ហភាពទាំងនេះមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់ក្នុងការអនុវត្ត ព្រោះវាកំណត់ថា ឧស្ម័ននីមួយៗនឹងបំបែកយ៉ាងដូចម្តេចក្នុងដំណាំការបំបែករាវ បន្ទាប់មកបំបែកដោយវិធីបំបែកជាផ្នែកៗ (fractional distillation)។ ចង់ដឹងច្បាស់ថា ហេតុអ្វីបានជាវិធីនេះដំណើរការ? សូមមើលតារាងដែលបន្ទាប់មក ដើម្បីឃើញព័ត៌មានលម្អិតទាំងអស់អំពីគុណធម៌រាងកាយវិទ្យាដែលសំខាន់សម្រាប់បច្ចេកទេសបំបែកជាជម្រើសនេះ។

ការថយចុះបរិមាណដ៏គួរឱ្យភ្ញាក់ផ្អើលនេះ 710–875 ក៏អនុញ្ញាតឱ្យការផ្ទុក និងដឹកជញ្ជូនឧស្ម័នដែលបានបំបាត់ទៅជាប្រភេទរាវបានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាពផងដែរ ដែលធ្វើឱ្យវិស័យ cryogenics មានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់សម្រាប់វិស័យផ្សេងៗដែលត្រូវការការផ្គត់ផ្គង់ដែលមានស្ថេរភាព និងគុណភាពខ្ពស់ រួមទាំងការផលិតសែមីកុងឌុកទ័រ វិស័យអាកាសយាន និងប្រព័ន្ធបរិយាកាសអុកស៊ីសែននៅក្នុងមន្ទីរពេទ្យ។