அரிய வாயு வடிகட்டும் தூண்கள்

அதிக விலையை ஈர்க்கும் தட்டச்சு தனிமங்கள்

கிரிப்டான் மற்றும் செனான் என்பன சராசரி வீடுகளில் பொதுவாக அறியப்படாத பெயர்கள். ஆனால் தொழிலின் சில குறிப்பிட்ட துறைகளில், இவை தங்கத்தைக் காட்டிலும் விலை உயர்ந்தவை எனத் தோன்றும் அளவுக்கு விலை கொண்டவை. இதற்கு காரணம் எளிதானது: இவை வளிமண்டலத்தில் மிக அரிதாகவே காணப்படுகின்றன. கிரிப்டான் சுற்றுச்சூழல் காற்றில் தோராயமாக 1.1 பகுதிகள் மில்லியனுக்கு ஒன்று அளவில் உள்ளது. செனான் இன்னும் அரிதாக, மில்லியனுக்கு 0.086 பகுதிகள் அளவில் உள்ளது. அதை விளக்குவதற்காக, ஒரு மில்லியன் கன மீட்டர் காற்றைச் செயலாக்கும்போது, கிரிப்டானின் அளவு தோராயமாக ஒரு கன மீட்டர் மட்டுமே கிடைக்கும்; செனான் அளவு அதனைவிட மிகக் குறைவு.

இருப்பினும், இந்த வாயுக்கள் தவிர்க்க முடியாதவை. கிரிப்டான், ஆற்றல் சிக்கன சன்னல்களை நிரப்புகிறது, சில சிறப்பு விளக்குகளுக்கான மந்த வாயுச் சூழலை வழங்குகிறது, மேலும் உயர் செயல்திறன் காற்று முறை காப்புக்கு பயன்படுத்தப்படுகிறது. செனான், செயற்கைக்கோள் இயக்கத்திற்கான அயனி தள்ளுதல் இயந்திரங்களின் தள்ளுதல் வாயுவாக பயன்படுத்தப்படுகிறது, அரைக்கடத்தி தயாரிப்பிற்கான எக்ஸைமர் லேசர்களின் இயங்கு வாயுவாக உள்ளது, மேலும் இருண்ட வினைபொருள் ஆய்வுகளில் கண்டறிவதற்கான ஊடகமாக செயல்படுகிறது – அங்கு தூய்மை தேவைகள் மிக அதிகமாக இருக்கும்.

இந்த மிகச் சிறிய பொருட்களைக் காற்றிலிருந்து மீட்டெடுப்பது விருப்பமானது அல்ல—அவற்றின் மதிப்பு சிக்கலான மீட்பு முறையை நியாயப்படுத்துவதால், இது பொருளாதார ரீதியாக அவசியமாகும். ஆனால் இந்த மீட்பு செயல்முறையே உலகில் உள்ள மிகக் கடினமான கிரையோஜெனிக் வடிகட்டும் செயல்பாடுகளில் ஒன்றாகும்.

என்ன காரணத்தால் சாதாரண வடிகட்டுதல் பயன்படாது

அடிப்படை சவால் செறிவாகும். சுற்றுச்சூழல் காற்றில் முக்கியமாக நைட்ரஜனும் ஆக்ஸிஜனும் உள்ளன; அர்கான் அடுத்து அதிக அளவில் காணப்படும் துணைப் பொருளாகும். கிரிப்டான் மற்றும் ஜெனான் மிகவும் நீர்த்துப்போனவை; எனவே ஒரு பொதுவான காற்றுப் பிரிப்பு அலகின் (ASU) முக்கிய வடிகட்டும் தூண்களில் அவை கூட குறிப்பிடப்படுவதில்லை. அவை எளிதில் ஆக்ஸிஜன் ஓட்டத்தைப் பின்தொடர்ந்து, திரவ ஆக்ஸிஜன் அடிப்பகுதியில் சேர்ந்துவிடும்.

அவற்றை மீட்டெடுக்க, இச்செயல்முறை முதலில் முக்கிய ASU-விலிருந்து எடுக்கப்படும் திரவ ஆக்ஸிஜன் ஓட்டத்திலிருந்து தொடங்க வேண்டும். இந்த ஓட்டத்தில் கிரிப்டான் மற்றும் ஜெனான் செறிவூட்டப்பட்ட நிலையில் உள்ளன—இன்னும் மிகச் சிறியவைதான், ஆனால் குறைந்தபட்சம் அளவிடக்கூடியவை. பின்னர் எடுப்பு குளிர்ச்சிப் பெட்டி, பின்னால் ஏற்படக்கூடிய பிரச்சனைகளைத் தவிர்க்க வானிலை மாசுகளை, எ.கா., நைட்ரஸ் ஆக்ஸைடு மற்றும் ஹைட்ரோகார்பன்களை அகற்றும். .

வடிகட்டுதல் என்பது பல நிலைகளில் நிகழ்கிறது. முதல் தொகுப்பு தூண்கள், மில்லியனுக்கு ஒரு பாகம் அளவில் உள்ள அரிய வாயுக்களை, ஒரு முதன்மை செறிவூட்டப்பட்ட கலவையாக உயர்த்துகின்றன. இந்த முதன்மை கலவையில் பொதுவாக கிரிப்டான் மற்றும் ஜெனான் ஆகியவை சேர்ந்து சில சதவீதம் இருக்கும்; அதோடு ஆக்ஸிஜன் மற்றும் பிற கலப்புகளும் இருக்கும். அங்கிருந்து, ஒரு மேம்படுத்தும் பிரிவு இறுதி தூய்மையாக்கலைச் செய்கிறது. .

இந்த கூறுகளின் ஒப்பீட்டளவிலான ஆவியாகும் தன்மையில் உள்ள சிக்கலே இதன் கடினமான பகுதியாகும். கிரிப்டான் மற்றும் ஜெனான் ஆகியவற்றின் கொதிநிலைகள் ஆக்ஸிஜனுடன் நெருக்கமாக இருப்பதால், பிரித்தெடுப்பதற்கு பல கோட்பாட்டு நிலைகளும், அதிக மறுசுழற்சி விகிதங்களும் தேவைப்படுகின்றன. தூண்கள் உயரமாக இருக்கும், அழுத்த வீழ்ச்சிகள் கவனமாக கட்டுப்படுத்தப்படும், மேலும் வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு மிகவும் துல்லியமாக இருக்க வேண்டும். இது ஒரு தளர்வு தரும் செயல்முறை அல்ல.

வேலையைச் செய்யும் தூண் அமைப்பு

ஒரு வழக்கமான அரிய வாயு மீட்பு தொடர் என்பது தொடர் வரிசையில் அமைக்கப்பட்ட பல வடிகட்டும் தூண்களைக் கொண்டது. முன்-செறிவூட்டும் தூண்கள் நடுத்தர அழுத்தத்தில் இயங்கி, செறிவூட்டுதலின் பெரும்பகுதியைக் கையாளுகின்றன. உள்ளீடு—ASU இலிருந்து வரும் திரவ ஆக்ஸிஜன்—முதல் தூணில் நுழைகிறது, அங்கு ஆக்ஸிஜன் மற்றும் இலேசான கூறுகள் மேலே வெளியேற்றப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் கிரிப்டான் மற்றும் ஜெனான் அடிப்பகுதியில் செறிவூட்டப்படுகின்றன.

முன்-செறிவூட்டியிலிருந்து, அடிப்பகுதி ஓட்டம் கிரிப்டான்/ஜெனான் தூணுக்கு செல்கிறது, அங்கு இந்த இரு அரிய வாயுக்களும் ஒன்றிலிருந்து மற்றொன்று பிரிக்கப்படுகின்றன. இங்குதான் செயல்முறை குறிப்பாக சிக்கலானதாகிறது, ஏனெனில் கிரிப்டான் மற்றும் ஜெனான் வெவ்வேறு ஆவியாகும் தன்மையைக் கொண்டிருந்தாலும், பிரிப்பு விகிதம் அதிகமாக இல்லை. இந்த தூண் அதிக திறனுடனும், கடுமையான வெப்பநிலைக் கட்டுப்பாட்டுடனும் இயங்க வேண்டும்.

இறுதி நிலை தூய்மைப்படுத்தும் தூண், மீதமுள்ள ஆக்ஸிஜனையும் ஏதேனும் கார்பன் ஐதரோகார்பன் துகள்களையும் அகற்றுகிறது. இந்தத் தூணிலிருந்து வெளியேறும் தயாரிப்பு, சேர்ந்த அரிய வாயு ஓட்டத்திற்காக 98% ஐ விட அதிகமான தூய்மையை அடைய முடியும், பொதுவாக அது தோராயமாக 91% கிரிப்டான், 7% ஜெனான் மற்றும் மீதமுள்ளது ஆக்ஸிஜன் என பிரிக்கப்படுகிறது அங்கிருந்து, வாயுக்கள் இறுதி பிரித்தலுக்கும் பேக்கேஜிங்குக்கும் சிலிண்டர்களில் செறிவூட்டப்படுகின்றன .

முழு ரயில் பெர்லைட் அல்லது அதற்கு ஒத்த ஒரு காப்புப் பொருளால் நிரப்பப்பட்ட குளிர்ச்சிப் பெட்டியினுள் இயங்குகிறது—அதிகபட்ச வெப்பக் கசிவைக் குறைக்க. அனைத்து வால்வுகள், குழாய்கள் மற்றும் கருவிகளும் கிரையோஜெனிக் சேவைக்காக தரவரையிடப்பட்டிருக்க வேண்டும். இயந்திர வடிவமைப்பு, வெப்ப சுருங்குதல், வேறுபட்ட விரிவாக்கம் மற்றும் குறிப்பிடத்தக்க வெப்பக் கசிவு ஏதேனும் பிரிப்பு செயல்திறனை மோசமாக்கும் என்பதைக் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும்.

பொருளாதாரம் உண்மையில் சரியாக வரையறுக்கப்படும் இடம்

அரிய வாயுக்களை மீட்டெடுப்பதற்கு அனைத்து ஏஎஸ்யூக்களும் (ASU) தகுதியுள்ளவை அல்ல. இது பெருமளவில் செயல்படும்போது மட்டுமே பொருளாதார ரீதியாக சாத்தியமாகிறது. தொழில் வளங்கள், ஒரு நாளைக்கு 3,000 முதல் 4,000 டன் வரை செயலாக்கும் ஏஎஸ்யூ என்பது மீட்டெடுப்பு பொருளாதார ரீதியாக ஆக்கபூர்வமாக இருக்கும் அளவுக்கு தேவையான குறைந்தபட்ச அளவு என குறிப்பிடுகின்றன. அந்த அளவுக்கு கீழே இருந்தால், மீட்டெடுப்பு கட்டமைப்பின் முதலீட்டுச் செலவும், தொடர்ந்து ஏற்படும் இயக்கச் செலவுகளும் உற்பத்தி செய்யப்படும் பொருளின் மதிப்பால் நியாயப்படுத்த முடியாது.

இதற்கான காரணம் எளிமையானது. மீட்டெடுப்பு கருவிகள் ஏஎஸ்யூவின் முதலீட்டுச் செலவில் குறிப்பிடத்தக்க அளவில் அதிகரிப்பை ஏற்படுத்துகின்றன—தூண்கள், குளிர் பெட்டி, கருவிகள், சிறப்பு கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள். மேலும், அரிய வாயுக்களை பிரித்தெடுப்பது ஏஎஸ்யூவின் முதன்மை சுமையை அதிகரிக்கிறது, ஏனெனில் அரிய வாயு பிரித்தெடுப்பு திரவ ஆக்ஸிஜனை எடுத்துக்கொள்கிறது, அது வேறுபட்டால் உற்பத்தி பொருளாக இருந்திருக்கும்; மேலும் வடிகட்டும் தூண்களுக்கு தேவையான குளிரூட்டுதல் மொத்த ஆற்றல் நுகர்வை அதிகரிக்கிறது.

ஆனால், மெகா-அளவிலான தொழில்துறை சிக்கலான அமைப்புகளுக்கு பெரிய ஏஎஸ்யூக்களை (ASUs) வழங்கும் போது, கணித கணக்கீடுகள் மாறுகின்றன. கூடுதல் மூலதனச் செலவு மிகப்பெரிய உற்பத்தி அடிப்படையில் பரவுகிறது, மேலும் அரிய வாயுக்களின் வருவாய் முழு திட்ட பொருளாதாரத்திற்கு குறிப்பிடத்தக்க ஊக்கத்தை வழங்குகிறது. சில இயக்குநர்கள் அரிய வாயு மீட்பு தொடரை, பெரிய ஏஎஸ்யூ இயக்கத்தின் உள்ளேயே ஒரு தனித்தனியான வணிக அலகாக கருதுகின்றனர்—மேலும் சில சந்தர்ப்பங்களில், அரிய வாயுக்களிலிருந்து கிடைக்கும் வருவாய் முழு முதலீட்டு விளைவை (ROI) குறிப்பிடத்தக்க அளவில் மேம்படுத்த முடியும்.

ஆய்வு செய்யத்தக்க ஒரு உண்மை-உலக நிறுவல்

கிழக்கு ஆசியாவில் உள்ள ஒரு நிறுவனம் ஒரு பயனுள்ள எடுத்துக்காட்டாக உள்ளது. அந்த ஏஎஸ்யூ (ASU) தினமும் தோராயமாக 4,000 டன் காற்றை செயலாக்கி, ஒரு எஃகு உற்பத்தி சிக்கலான அமைப்புக்கும், ஒரு வேதியியல் பூங்காவுக்கும் ஆக்ஸிஜன் மற்றும் நைட்ரஜனை வழங்குகிறது. முதன்மை ஏஎஸ்யூ பல ஆண்டுகளாக இயங்கிய பின்னர், அரிய வாயு மீட்பு தொடர் இரண்டாம் கட்ட முதலீடாகச் சேர்க்கப்பட்டது.

நிறுவல் பல சவால்களை எதிர்கொண்டது. மீட்பு தொடருக்கான ஆக்ஸிஜன் உள்ளீட்டு ஓட்டம் ஏஎஸ்யூ குளிர் பெட்டியின் குறிப்பிட்ட புள்ளியிலிருந்து எடுக்கப்பட வேண்டியிருந்தது, இதற்காக திட்டமிடப்பட்ட நிறுத்தம் மற்றும் ஏற்கனவே உள்ள குழாயமைப்பில் மாற்றங்கள் தேவைப்பட்டன. புதிய குளிர் பெட்டி ஏற்கனவே உள்ள அமைப்புக்கு அருகில் நிறுவப்பட்டது, ஆனால் கட்டுப்பாடுகள் மற்றும் இடைத்தடை அமைப்புகளை ஒருங்கிணைப்பதற்கு மீட்பு தொடர் வழங்குநரும் ஏஎஸ்யூ இயக்க அணியும் கவனமாக ஒருங்கிணைந்து செயல்பட வேண்டியிருந்தது.

மீட்பு தொடரே மூன்று-தூண் அமைப்பைப் பயன்படுத்துகிறது: ஒரு முன் செறிவூட்டி, ஒரு கிரிப்டான்/செனான் பிரிப்பான் மற்றும் ஒரு இறுதி தூய்மைப்படுத்தி. இந்த அமைப்பு தொடர்ச்சியாக இயங்குகிறது, மேலும் தயாரிப்பின் தூய்மை தேவையான அளவுக்கு உறுதிப்படுத்துவதற்காக வழக்கமான இடைவெளிகளில் மாதிரிகள் எடுக்கப்படுகின்றன. இயக்குநர்கள், உள்ளீட்டில் உள்ள ஹைட்ரோகார்பன் அளவை மேலாண்மை செய்வதே முக்கிய இயக்க சவால் என்று அறிவித்துள்ளனர்—மேல் நிலை ஏஎஸ்யூவின் CO₂ மற்றும் N₂O அகற்றும் அமைப்புகள் சரியாக இயங்காவிட்டால், மீட்பு தொடரின் தூய்மைப்படுத்தி மிகுந்த சுமையில் இயங்க வேண்டியிருக்கும்.

இந்த வசதி இப்போது வணிக-தரமான தூய்மையில் கிரிப்டான் மற்றும் செனான் ஆகியவற்றை உற்பத்தி செய்கிறது, மேலும் இந்த பொருட்கள் சிறப்பு வாயு சந்தையில் விற்கப்படுகின்றன. மீட்டெடுப்பு தொடரில் மேற்கொள்ளப்பட்ட முதலீட்டின் மீட்புக் காலம் முடிவெடுப்பதை நியாயப்படுத்தும் வரம்பிற்குள் இருப்பதாக அறிவிக்கப்பட்டது; இருப்பினும், இந்தத் திட்டம் சிறிய அளவில் இருந்திருந்தால் செயல்படும் தன்மை இல்லை என்று இயக்குநர் ஒப்புக்கொள்கிறார்.

முக்கியமான கட்டுப்பாடுகள்

எந்தவொரு நிஜமான மதிப்பீடும் அங்கீகரிக்க வேண்டிய கட்டுப்பாடுகள் உள்ளன. உள்ளீட்டுக் கலவை முக்கியமானது—ஒருவேளை சூழல் காற்றில் அதிக அளவு ஹைட்ரோகார்பன்கள் அல்லது பிற தட்டச்சு மாசுகள் இருந்தால், தூய்மைப்படுத்தும் சுமை அதிகரிக்கிறது. மீட்டெடுப்பு திறன் 100% அல்ல; பல்வேறு காலனிகளின் அடிப்பகுதிகள் மற்றும் மேற்புற ஓட்டங்களில் சில அரிய வாயுக்கள் தவிர்க்க முடியாமல் இழக்கப்படுகின்றன.

தயாரிப்பின் தூய்மைத் தேவைகளும் முக்கியமானவை. சில பயன்பாடுகள் மிக உயர் தூய்மை நிலைகளைத் தேவைப்படுகின்றன — எடுத்துக்காட்டாக, இருண்ட விண்மீன் கண்டறிதல் போன்றவை ஜெனானில் கிரிப்டான் செறிவை 10⁻¹² mol/mol-க்குக் கீழே வைக்க வேண்டும். இந்த அளவு தூய்மையை அடைய, தரமான மீட்பு வரிசையை விட கூடுதல் செயலாக்க நடவடிக்கைகள் தேவைப்படுகின்றன, அது செலவையும் சிக்கலான தன்மையையும் அதிகரிக்கிறது.

சந்தை அணுகல் குறித்த வினாவும் உள்ளது. அரிய வாயுக்கள் பொது பொருட்கள் அல்ல; அவை நீண்டகால ஒப்பந்தங்கள் மற்றும் கண்டிப்பான தரத் தரீப்புகளுடன் சிறப்பு விநியோகச் சங்கிலிகள் மூலம் விற்கப்படுகின்றன. அரிய வாயுக்களை உற்பத்தி செய்யும் ஒரு தளம், அவற்றை விற்க வேண்டிய வணிக உள்கட்டமைப்பை இல்லாமல் இருந்தால், வருவாயை உருவாக்காமல் சரக்குகளை சேமித்து வைத்திருக்க நேரிடும்.

தொழில்நுட்ப பாதை

அரிய வாயுக்களை மீட்டெடுப்பதற்கான அடிப்படை வடிகட்டும் தொழில்நுட்பம் பல தசாப்தங்களாக நிலையாகவே உள்ளது. காலனிகள், வெப்ப இயக்கவியல், பிரித்தல் கோட்பாடுகள்—இவை அனைத்தும் நன்றாகப் புரிந்துகொள்ளப்பட்டுள்ளன மற்றும் குறிப்பிடத்தக்க மாற்றங்களை எதிர்பார்க்க முடியாது. மாறும் விஷயம் ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் திறன்பேராய்வு ஆகும்.

சமீபத்திய கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் கடந்த பத்து ஆண்டுகளுக்கு முன்னர் சாத்தியமாகாத அளவுக்கு மிக நெருக்கமான வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தக் கட்டுப்பாட்டை வழங்குகின்றன. மேம்பட்ட சென்சார்கள் உண்மை நேர கலவை தரவுகளை வழங்கி, முன்கூட்டியே கட்டுப்பாட்டு முறைகளை செயல்படுத்த உதவுகின்றன. இதன் விளைவாக, மீட்டெடுப்பு திறன் மேம்படுகிறது மற்றும் தயாரிப்பு தரம் மேலும் நிலையாக உள்ளது.

தளத்தில் நிறுவும் நேரத்தைக் குறைத்தல் மற்றும் ஹோஸ்ட் ASU-உடன் ஒருங்கிணைப்பை எளிதாக்குதல் ஆகியவற்றிற்காக தனித்தனியாக வடிவமைக்கப்பட்ட, ஸ்கிட்-மவுண்டெட் வடிவமைப்புகளை நோக்கிய போக்கும் உள்ளது. தொழிற்சாலையில் சோதனை மற்றும் முன்-செயல்பாட்டு சோதனைகள் உபகரணங்கள் தளத்திற்கு வருவதற்கு முன்பே பிரச்சினைகளைக் கண்டறிய உதவுகின்றன, இது நிறுத்தங்களின் அபாயத்தையும் கால அளவையும் குறைக்கிறது.

பொருளாதார இயக்கிகள் வலுவாகவே உள்ளன. செமிகண்டக்டர்கள், விண்வெளி மற்றும் வானூர்தி, சுகாதாரம் மற்றும் ஆராய்ச்சி போன்ற பல துறைகளில் சிறப்பு வாயுக்களுக்கான தேவை அதிகரித்து வருகிறது. பாரம்பரிய மூலங்களிலிருந்து அரிய வாயுக்களின் விநியோகம் கட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளது, இது விலைகளை ஆதரிக்கிறது. பெரிய ASU-களை இயக்கும் நிறுவனங்களுக்கு, அரிய வாயு மீட்பைச் சேர்ப்பது திட்டத்தின் எல்லைக்குள் ஒரு அதிகரித்து வரும் தரநிலை பகுதியாக மாறிவருகிறது.

GreenFir பல திட்டங்களில் அரிய வாயு பயன்பாடுகளுக்காக கிரையோஜெனிக் வடிகட்டும் உபகரணங்களை வழங்கியுள்ளது; ASME மற்றும் CE தரங்களுக்கு ஏற்ற உற்பத்தி திறன்களைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் கடுமையான கால அட்டவணைகளுக்கு விநியோகிப்பதில் நிரூபிக்கப்பட்ட சாதனை வரலாறு உள்ளது இந்த சிறப்புத் தூண்களை ஆதரிக்க பொறியியல் மற்றும் உற்பத்தி உள்கட்டமைப்பு ஏற்கனவே இருக்கிறது; எந்த ஒரு திட்டத்திற்கும் முக்கியமான கேள்வி, அதன் அளவு மற்றும் சந்தை நிலைமைகள் முதலீட்டை நியாயப்படுத்துகின்றனவா என்பதே ஆகும்.