எஃகு தொழில் பயன்பாடுகளுக்கான காற்றுப் பிரிப்பு அலகு

ஒருங்கிணைந்த எஃகு ஆலைகள் தளத்திலேயே ஏன் நம்பிக்கை வைக்கின்றன? காற்று பிரிப்பு அலகுகள்

செயல்பாட்டு தேவைகளை இயக்கும் காரணிகள்: அதிக அளவு, உயர்-தூய்மை ஆக்ஸிஜன், நைட்ரஜன் மற்றும் ஆர்கான் தேவைகள்

எஃகு ஆலைகளுக்கு மிகக் கண்டிப்பான தூய்மைத் தரத்தைப் பூர்த்தி செய்ய வேண்டிய பெரும் அளவிலான தொழில்துறை வாயுக்கள் தேவைப்படுகின்றன. உதாரணமாக, ஒரு பெரிய பிளாஸ்ட் ஃபொர்னேஸ் (அடிப்படை வெப்ப உருக்கும் சூழல்) மணிக்கு 300 டன்களுக்கு மேற்பட்ட ஆக்ஸிஜனை பயன்படுத்தும். பேசிக் ஆக்ஸிஜன் ஃபொர்னேஸ் (BOF) முறையில், நல்ல எரிதல் விளைவுகளைப் பெறவும், ஸ்லாக் (உருகிய கழிவு) ஐ சரியாக கட்டுப்படுத்தவும், குறைந்தபட்சம் 99.5% தூய்மையுள்ள ஆக்ஸிஜன் தேவைப்படுகிறது. தொடர் வார்ப்பு (கான்டின்யூஸ் காஸ்டிங்) செயல்முறைகளுக்கு, நைட்ரஜன் ஃப்ளஷிங் செயல்முறைகளின் போது 99.999% க்கு மேற்பட்ட தூய்மையுள்ள ஆர்கான் வாயு தேவைப்படுகிறது. இது எஃகு பிளேட்களில் ஆக்ஸிஜனேஷன் குறைபாடுகள் (ஆக்ஸிடேஷன் குறைபாடுகள்) ஏற்படுவதைத் தடுக்கிறது. இந்த பெரும் அளவு தேவைகளும், கண்டிப்பான தரத் தேவைகளும் கருத்தில் கொள்ளும்போது, இந்த வாயுக்களை முழுமையாக வெளியிலிருந்து விநியோகிப்பது நடைமுறையில் சாத்தியமற்றது. எனவே, பெரும்பாலான வசதிகள் தங்கள் தளத்திலேயே வாயு உற்பத்தி நிலையங்களை நிறுவுகின்றன. காற்று பிரிப்பு அலகுகள் (ASUs). இந்த அமைப்புகள் தாவர ஆபரேட்டர்களுக்கு அவர்கள் உற்பத்தி செய்யும் வாயுவின் அளவு, அதன் அழுத்தம் மற்றும் மிக முக்கியமாக, அதன் தூய்மை ஆகியவற்றை உடனடியாகக் கட்டுப்படுத்தும் திறனை வழங்குகின்றன. இத்தகைய நெகிழ்வுத்தன்மை அவர்களை தினசரி உற்பத்தி வரிசையில் எது வருகிறதோ அதற்கேற்றவாறு தங்கள் வாயுத் தேவைகளை நிரவும் வசதியை வழங்குகிறது.

கிரையோஜெனிக் ASUs மற்றும் கிராம் வாயு விநியோகம் – பொருளாதார மற்றும் நம்பகத்தன்மை நன்மைகள்

கிரையோஜெனிக் காற்று பிரிப்பு அலகுகள் (Cryogenic air separation units) வெளியிலிருந்து வாயுக்களை வாங்குவதை விட நீண்ட கால நன்மைகளை வழங்குகின்றன. நிறுவனங்கள் வாயுக்களை தங்கள் தளத்திலேயே உற்பத்தி செய்யும்போது, கிரையோஜெனிக் பொருட்களை இடம்பெயர்த்துச் செலுத்துவது தொடர்பான அதிகப்படியான செலவுகளை அனைத்தையும் குறைக்கின்றன; மேலும் இனி சிறப்பு கையாளுதல் அல்லது சேமிப்பு வசதிகள் தேவையில்லை. உண்மையைச் சொல்ல வேண்டுமெனில், எந்த நிறுவனமும் விநியோகச் சங்கிலியின் பிரச்சனைகளால் தங்கள் செயல்பாடுகள் முடங்கிக் கிடக்க விரும்பாது. தினமும் 2,000 டன் ஆக்ஸிஜனுக்கு மேல் தேவைப்படும் தளங்கள் பொதுவாக கிரையோஜெனிக் ASU-வில் முதலீடு செய்வது மிகப் பெரிய லாபத்தை அளிக்கும் எனக் கண்டறிந்துள்ளன. ஆய்வுகள் இவ்வகைத் தாவரங்கள் பேக் டெலிவரிகளை நம்பியிருப்பதை விட, பத்து ஆண்டுகளில் வாயு செலவுகளில் 40 முதல் 60 சதவீதம் வரை சேமிப்பை அடைய முடியும் எனக் காட்டுகின்றன. சில புதிய அமைப்புகள் செறிவூட்டல் செயல்முறைகளின் போது வெப்ப மீட்டல் (heat recuperation) போன்ற முறைகளில் ஆற்றலை மீட்டெடுக்கின்றன, இதனால் மொத்த மின் பயன்பாடு ஏறக்குறைய 15% குறைகிறது. ஆனால் உண்மையில் மிக முக்கியமானது, தேவையான இடத்தில் நம்பகமான வாயு விநியோகத்தை உறுதிப்படுத்துவதே ஆகும். இவ்வாறு ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட தாவரங்கள், நிறுவனத்திற்கு மணிக்கு லட்சக்கணக்கான ரூபாய் இழப்பை ஏற்படுத்தக்கூடிய பேரழிவு நிகழ்வான பிளாஸ்ட் ஃபர்னேஸ் நிறுத்தங்களைத் தவிர்க்கின்றன.

காற்று பிரிப்பு அலகுகளின் முக்கிய எஃகு உற்பத்தி பயன்பாடுகள்

சூட்டு முறை உருக்குப்பொறி ஆக்ஸிஜன் செறிவூட்டல்: உற்பத்தித்திறனை அதிகரித்தல் மற்றும் கோக் நுகர்வைக் குறைத்தல்

இன்றைய உலோகச் சுருள் அடுப்புகளில், பொதுவாக 25 முதல் 30 சதவீதம் O2 செறிவுடன் கூடிய ஆக்ஸிஜன் செறிவூட்டப்பட்ட காற்று ஊதப்படுகிறது, இது உள்ளே கோக் எரிவதை மிகவும் அதிகரிக்கிறது. இதன் விளைவு என்ன? சூடான உலோக உற்பத்தி 15 முதல் 25 சதவீதம் வரை அதிகரிக்கிறது; ஆனால் அதே நேரத்தில், ஒவ்வொரு டன் உற்பத்திக்கும் 200 முதல் 300 கிலோகிராம் வரை குறைவான கோக் தேவைப்படுகிறது. இதன் பொருள், அடுப்பை இயக்குவதற்கான செலவுகள் குறைவதும், ஒவ்வொரு டன் இரும்பு உற்பத்திக்கும் கார்பன் டை ஆக்ஸைடு வெளியேற்றம் குறைவதுமாகும். நிறுவனங்கள் தங்கள் சொந்த காற்று பிரிப்பு அலகுகளை (ASU) தளத்தில் நிறுவும்போது, இந்த ஆக்ஸிஜன் செறிவூட்டுதல் செயல்முறையின் மீது சிறந்த கட்டுப்பாடு ஏற்படுகிறது. இந்த அமைப்புகள் 2200 டிகிரி செல்சியஸுக்கு மேல் கடுமையான தீப்பிழம்புகளை நிலையாக எரியவைத்து, வெப்பநிலை மாற்றங்களால் ஏற்படும் பிரச்சனைகளைத் தவிர்க்கின்றன. சிறந்த வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு என்பது சிறந்த ஓட்டத்தில் உள்ள சிலாக் (slag) மற்றும் அடுப்பின் உட்புற மெட்டீரியல்களின் தேய்மானத்தைக் குறைப்பதைக் குறிக்கிறது. அமெரிக்க இரும்பு மற்றும் எஃகு நிறுவனம் (American Iron and Steel Institute) போன்ற நிறுவனங்களின் துறை வல்லுநர்கள் இந்த நன்மைகளை தங்கள் இயக்க வழிகாட்டுதல்களில் குறிப்பிட்டுள்ளனர்; இது பல எஃகு உற்பத்தியாளர்கள் இந்த மாற்றத்தை மேற்கொள்வதற்கான காரணத்தை விளக்குகிறது.

அடிப்படை ஆக்ஸிஜன் புரனேஸ் (BOF) ஆக்ஸிஜன் ஊதுதல்: 99.5% தூய்மையுடன் துல்லியமான கட்டுப்பாடு

BOF எஃகு உற்பத்தி செயல்முறைக்கு, மாறாத மற்றும் திறம்பட கார்பன் நீக்கம் செய்வதற்காக, பொதுவாக 99.5% க்கு மேற்பட்ட மிக உயர் தூய்மையுள்ள ஆக்ஸிஜன் தேவைப்படுகிறது. நைட்ரஜன் அல்லது ஈரப்பதம் போன்ற சிறிய அளவு மாசுகள் கணிக்க முடியாத ஆக்ஸிஜனேஷன் வினைகளை ஏற்படுத்தக்கூடும், இது உண்மையில் வெளியீட்டைக் குறைத்து, மேற்பரப்புத் தரத்தை எதிர்மறையாகப் பாதிக்கும். கிரையோஜெனிக் காற்று பிரிப்பு அலகுகள் (Cryogenic air separation units) சிறப்பாக வடிவமைக்கப்பட்ட லான்ஸ்கள் (lances) மூலம் சுமார் 12 முதல் 15 பார் அழுத்தத்தில் இந்த உயர் தூய்மையுள்ள ஆக்ஸிஜனை வழங்குகின்றன. இந்த லான்ஸ்கள் ஆபரேட்டர்களுக்கு ஊதுதல் முறை மற்றும் நிலையை மிக அதிக துல்லியத்துடன் கட்டுப்படுத்த அனுமதிக்கின்றன. இந்த மேம்பட்ட துல்லியம், குறைந்த தூய்மையுள்ள ஆக்ஸிஜனைப் பயன்படுத்தும்போது ஏற்படும் தற்செயலான இரும்பு ஆக்ஸிஜனேஷன் இழப்பை சுமார் 3 முதல் 5 சதவீதம் வரை குறைக்கிறது. இது வாகன பாகங்கள் மற்றும் குழாய் வழங்கல் பொருட்கள் போன்ற பயன்பாடுகளுக்காக, வேதியியல் தேவைகள் மிகக் கடுமையாக இருக்கும் எஃகுகளை உற்பத்தி செய்யும்போது மிகவும் முக்கியமானதாகும், ஏனெனில் இங்கு ஒருமைப்பாடு மிகவும் முக்கியமானது.

தொடர் வார்ப்பு மற்றும் இரண்டாம் நிலை உலோகவியலுக்கான ஆர்கான்: அதிக தூய்மை (99.999%) வாயு மூலம் சேர்க்கைகளைக் கட்டுப்படுத்துதல்

கோப்பை உலோகவியல் மற்றும் தொடர் சாதனை செயல்பாடுகளுக்காக, 99.999% ஐ விட அதிகமான அளவில் மிக உயர் தூய்மையுள்ள ஆர்கான் காஸ் இன்றியமையாதது. இந்த வாயுவை உருகிய எஃகில் செலுத்துவது விரும்பத்தகாத ஹைட்ரஜன் மற்றும் நைட்ரஜன் கலவையை அகற்ற உதவுகிறது. அதே நேரத்தில், அலுமினா மற்றும் சிலிக்கேட்டுகள் போன்ற பல உலோகமற்ற கலவைகளை மேல்நோக்கி தள்ளி, அவை ஸ்லாக் அடுக்கில் சிக்கிக் கொள்ளச் செய்கிறது. எண்களும் முக்கியமானவை. மொத்த மாசுக்களை 10 பில்லியனுக்கு 1 பாகம் (ppm) க்கு கீழே வைத்திருப்பது முழுமையான வேறுபாட்டை ஏற்படுத்தும். ஸ்டெயின்லெஸ் மற்றும் மின்சார தரத்திலான எஃகுகளில் கூட மிகச் சிறிய அளவிலான நைட்ரஜன், பிரச்சனைகளை ஏற்படுத்தும் மேற்பரப்புக்கு அடியில் உள்ள புண்களை (blisters) உருவாக்கலாம். காற்று பிரிப்பு அலகுகளில் இருந்து பெறப்படும் ஆர்கானைப் பயன்படுத்தத் தொடங்கிய தொழிற்சாலைகள் குறிப்பிடத்தகுந்த முன்னேற்றங்களைக் கண்டுள்ளன. சில தொழிற்சாலைகள், அவற்றின் முடிந்த ஸ்லாப்கள் மற்றும் பிலெட்களில் கலவை தொடர்பான நிராகரிப்புகளை 40% க்கு மேல் குறைத்ததாக அறிவித்துள்ளன. இந்த முடிவுகள், சமீபத்திய 2023 தர ஒப்பீட்டு ஆய்வில் சர்வதேச இரும்பு மற்றும் எஃகு நிறுவனம் கண்டறிந்தவற்றுடன் பொருந்துகின்றன.

எஃகு தொழிற்சாலைகளில் காற்று பிரிப்பு அலகுகளுக்கான ஆற்றல் திறன் மற்றும் அமைப்பு ஒருங்கிணைப்பு சவால்கள்

முக்கிய ஆற்றல் இழப்பு மூலங்கள்: முதன்மை காற்று செறிவூட்டி எக்ஸர்ஜி அழிவு மற்றும் வெப்ப மீட்டல் வாய்ப்புகள்

காற்று பிரிப்பு அலகுகள், பொதுவாக ASU என அழைக்கப்படும், இவை எஃகு தொழிற்சாலைகளில் ஒருங்கிணைக்கப்படும்போது ஆற்றல் சிக்கனத்தில் ஏற்படும் சிக்கல்களால் பாதிக்கப்படுகின்றன. இச்சிக்கலின் முக்கிய பகுதி இவ்வமைப்புகளின் அடிப்படையிலான இயக்க முறையில் உள்ளது; இதில் சில பாகங்கள் தவிர்க்க முடியாத வெப்ப இயக்கவியல் இழப்புகள் காரணமாக சிக்கனத்தை இழக்கின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, முதன்மை காற்று செறிவூட்டி – இது ASU இன் மொத்த மின்சார நுகர்வில் சுமார் 40% ஐ எடுத்துக்கொள்கிறது. இதை மேலும் ஆராயும்போது, இந்த வீணாகும் ஆற்றலின் பெரும்பகுதி செறிவூட்டும் செயல்முறையிலேயே உருவாகிறது, அங்கு மதிப்புமிக்க ஆற்றல் வெப்பமாக இழக்கப்படுகிறது. அடுத்து நிகழும் செயலும் மிகவும் வீணாகும் தன்மை கொண்டதுதான். இச்செயல்முறை 150 முதல் 300 டிகிரி செல்சியஸ் வரையிலான உயர் வெப்பநிலை வீணாகும் வெப்பத்தை உருவாக்குகிறது, ஆனால் பெரும்பாலான தொழிற்சாலைகள் இந்த வெப்பத்தை வெறுமனே வளிமண்டலத்தில் வெளியேற்றிவிடுகின்றன, அதை பயனுள்ள முறையில் பயன்படுத்தாமல். சில முன்னோக்கு நிறுவனங்கள் இப்போது கரிம ராங்கைன் சுழற்சி (organic Rankine cycles) போன்ற வெப்ப மீட்டல் தீர்வுகளை அமைத்துள்ளன அல்லது இந்த வீணாகும் வெப்பத்திலிருந்து குறைந்த அழுத்த நீராவியை உருவாக்குகின்றன. இந்த அணுகுமுறைகள் முழு தொழிற்சாலையிலும் இழக்கப்படும் வெப்ப ஆற்றலில் சுமார் இரண்டில் ஒன்றை (இரண்டு மூன்றில் இரண்டு) மீட்டெடுக்க முடியும். இது ஆக்ஸிஜன் உற்பத்தியை சுமார் 20% குறைந்த ஆற்றல் சார்ந்ததாக மாற்றுவது மட்டுமல்லாமல், குளிரூட்டும் நீர் தேவையையும் குறிப்பிடத்தக்க அளவில் குறைக்கிறது. இருப்பினும், இவ்வமைப்புகளை சரியாக இயக்குவது இன்றும் சவாலாகவே உள்ளது. இயக்க கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் கவனமாக ஒருங்கிணைக்கப்பட வேண்டும், அதனால் ASU எஃகு உற்பத்தி செயல்முறையில் மாறும் தேவைகளுக்கு ஏற்ப தனது வெளியீட்டை சரிசெய்ய முடியும். குறிப்பாக, பிளாஸ்ட் ஃபொர்னேஸ் கேம்பெய்ன்களை மாற்றும் போது அல்லது காஸ்ட்டர்களை மாற்றும் போது போன்ற சிக்கலான காலகட்டங்களில், அழுத்தத்தில் ஏற்படும் சிறிய அலைவுகள் கூட முழு உற்பத்தி ஓட்டத்தை குழப்பிவிடும்.

தேவையான கேள்விகள்

என்ன காரணத்திற்காக எஃகு ஆலைகளுக்கு மிக உயர் தூய்மை கொண்ட வாயுக்கள் தேவைப்படுகின்றன?

எஃகு உற்பத்தியில் துல்லியம் மற்றும் தரக் கட்டுப்பாட்டிற்காக எஃகு ஆலைகளுக்கு உயர் தூய்மை கொண்ட வாயுக்கள் தேவைப்படுகின்றன. உயர் தூய்மை கொண்ட ஆக்ஸிஜன், நைட்ரஜன் மற்றும் ஆர்கான் ஆகியவை சிறந்த எரிதலை உறுதி செய்வதற்கும், சிறந்த ஸ்லாக் மேலாண்மையை உறுதி செய்வதற்கும், எஃகு ஸ்லாப்களில் ஆக்ஸிடேஷன் குறைபாடுகளைத் தடுப்பதற்கும் பயன்படுகின்றன.

தொகுதி வாயு விநியோகத்தை விட கிரையோஜெனிக் ASUகள் என்ன நன்மைகளை வழங்குகின்றன?

கிரையோஜெனிக் ASUகள் நம்பகத்தன்மை மற்றும் செலவு திறனை வழங்குகின்றன. வசதிகள் போக்குவரத்து மற்றும் சேமிப்பு செலவுகளில் மிச்சம் செய்கின்றன, மேலும் விநியோக சங்கிலியில் ஏற்படும் தடைகளைத் தவிர்க்கின்றன. ASUகள் ஆற்றல் சேமிப்பையும், தொடர்ச்சியான உயர் தூய்மை கொண்ட வாயுக்களையும் வழங்குகின்றன.

ஆர்கான் தொடர் வார்ப்பு (கான்டின்யூஸ் காஸ்டிங்) செயல்பாடுகளை எவ்வாறு மேம்படுத்துகிறது?

அதிக உயர் தூய்மை கொண்ட ஆர்கான், உருகிய எஃகில் உள்ள மாசுக்கள் மற்றும் பாதிக்கப்படாத உலோக கலவைகளைக் குறைக்கிறது, இந்தக் கலவைகளை ஸ்லாக் அடுக்கிற்குள் தள்ளுகிறது, மேலும் எஃகின் தரத்தை பராமரிக்க உதவுகிறது. இது நிராகரிப்பு விகிதத்தைக் குறைக்கிறது மற்றும் உற்பத்தி ஒழுங்குத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது.

ASUகள் எந்த ஆற்றல் சிக்கன சவால்களை எதிர்கொள்கின்றன?

காற்று பிரிப்பு அலகுகள் முக்கிய காற்று செறிவூட்டி (air compressor) இல் வெப்ப இயக்கவியல் இழப்புகள் காரணமாக ஆற்றல் திறன் சவால்களை எதிர்கொள்கின்றன, மேலும் ஆற்றல் வீணாகும் நிலையைக் குறைக்கவும், மொத்த தாவர திறனை மேம்படுத்தவும் வெப்ப மீட்டல் தீர்வுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.