வாயு செயல்முறையில் கந்தக அகற்றும் தொழில்நுட்பங்கள்

கசிவு வாயுவின் உண்மை: ஏன் கந்தக அகற்றுதல் தவிர்க்க முடியாதது

தரையிலிருந்து நேரடியாக எடுக்கப்படும் மூல இயற்கை வளிமம் பெரும்பாலும் குழாய் வழியாக அனுப்புவதற்கு தயாராக இருப்பதில்லை. சில சமயங்களில், அது சில பாகங்கள் மில்லியனுக்கு (ppm) ஒரு பாகம் முதல் இரண்டு இலக்க சதவீதம் வரை ஹைட்ரஜன் சல்ஃபைடு சத்தினைக் கொண்டிருக்கும். ஹைட்ரஜன் சல்ஃபைடு கார்பன் எஃகு உலோகத்தை சேதப்படுத்தும், நச்சுத்தன்மை கொண்டது, மோசமான வாசனை கொண்டது—ஆனால் உண்மையான சிரமம் அது செயலாக்க உபகரணங்களை அடைந்தவுடன் தான் தொடங்குகிறது. அது கார்பன் எஃகு உலோகத்தை சேதப்படுத்துகிறது, வினைவேகமூட்டிகளை நச்சுப்படுத்துகிறது, பராமரிப்பு செலவுகளை பெரும் நஷ்டத்திற்கு உள்ளாக்குகிறது. பெர்மியன் பேசினில் உள்ள ஒரு மத்திய சங்கிலி செயலாக்க நிறுவனம் இதை கடுமையான முறையில் கற்றுக்கொண்டது: அது சல்ஃபர் கலந்த வளிமத்தை சிகிச்சை அளிக்கப்படாத நிறுவனத்தின் வழியாக ஆறு மாதங்கள் ஓட்டிய பிறகு, இரண்டு மைலுக்கும் மேற்பட்ட குழாய்களை மாற்றியது மற்றும் மூன்று வாரங்களுக்கு உற்பத்தியை நிறுத்தியது. அந்த பாடம் நன்றாக பதிவாகியுள்ளது. சல்ஃபர் அகற்றுதல் ஐச்சியாக இல்லை; அது வளிம செயலாக்கத்தின் முதல் பாதுகாப்பு வரிசையாகும்.

தொழில் துறை வாயு ஓட்டங்களிலிருந்து H₂S மற்றும் பிற சல்பர் சேர்மங்களை எடுப்பதை மேம்படுத்துவதில் தசாப்தங்களாக ஈடுபட்டு வருகிறது. இன்றைய கருவிகளின் தொகுப்பு வேதியியல் உறிஞ்சுதலிலிருந்து திட-படுக்கை உறிஞ்சுதல் வரை அமைந்துள்ளது; இவை ஒவ்வொனும் உள்ளீட்டு கூறு, ஓட்ட வேகம் மற்றும் கீழ்த்திசை தேவைகள் ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் தனித்தன்மையான பயன்பாட்டு வீச்சைக் கொண்டவை.

தொழிலின் முக்கிய செயல்பாட்டு முறை: அமீன் சிகிச்சை

பெரும்பாலான வாயு செயலாக்க பயன்பாடுகளுக்கு, அமீன்-அடிப்படையிலான உறிஞ்சுதல் இன்றும் முன்னுரிமை தேர்வாக உள்ளது. இதன் வேதியியல் சிக்கலற்றது: ஒரு ஜலத்தில் கரைந்த அமீன் தீர்வு ஒரு உறிஞ்சுதல் கோபுரத்தில் கசிவு வாயுவுடன் தொடர்பு கொள்கிறது, மேலும் அமீன் H₂S (மற்றும் பெரும்பாலும் CO₂) ஆகியவற்றை ஆவிப்பாயத்திலிருந்து தெரிவு செய்து பிடிக்கிறது. பின்னர் செறிவூட்டப்பட்ட அமீன் ஒரு புதுப்பிக்கும் கருவிக்கு செல்கிறது, அங்கு வெப்பத்தால் அமில வாயுக்கள் வெளியேற்றப்படுகின்றன; இதனால் ஒரு குறைந்த செறிவு அமீன் ஓட்டம் உருவாகி, அது மீண்டும் உறிஞ்சுதல் கோபுரத்திற்கு செல்கிறது.

H₂S ஐ தெரிவு செய்து அகற்றுவதற்கான முன்னுரிமை கரைப்பானாக மெத்தில்டைஎத்தனோலமீன் (MDEA) மாறியுள்ளது, குறிப்பாக CO₂ கசிவு விரும்பத்தக்கதாக இருக்கும்போது . முதன்மை அல்லது இரண்டாம் நிலை அமீன்களுக்கு மாறாக, MDEA ஆனது CO₂ உடன் மெதுவாக வினைபுரிகிறது—அதாவது, செயலாளர்கள் H₂S ஐ வெளியே எடுக்குமாறு அமைப்பை திருத்தலாம், ஆனால் பெரும்பாலான CO₂ ஐ விளைபொருள் வாயுவில் விட்டுவிடலாம். ஒரு கல்ஃப் கோஸ்ட் வாயு தொழிற்சாலையில் 40% MDEA கரைசலைப் பயன்படுத்தியதன் மூலம், வெளியீட்டில் H₂S ஐ 4 ppm க்கு கீழே குறைத்து, வரும் CO₂ இல் 70% ஐ மீதம் விட்டுவிட்டது. வாயு கீழ்நோக்கி செயல்முறைக்கு செல்லும்போது, அது CO₂ ஐ பொறுத்துக் கொள்ளக்கூடியதாக இருந்தாலும், கந்தகத்தை பொறுத்துக் கொள்ள முடியாததாக இருந்தால், இதுபோன்ற தெரெவுத்தன்மை முக்கியமானதாகும்.

இதன் பரிமாற்றம்? மீளுற்பத்தி ஆற்றல். அமீன் அமைப்புகள் ஆற்றலை அதிகமாக நுகரும். மறுசூடேற்றி சுமை பொதுவாக சுமார் 1,200 முதல் 1,500 Btu வரை ஒரு கேலன் அமீன் சுழற்சிக்கு இருக்கும்; பெரிய தொழிற்சாலைகளில் இது கணிசமான இயக்கச் செலவுகளை ஏற்படுத்தும். வெப்பநிலை கட்டுப்பாடும் மிக முக்கியமானது—மெல்லிய அமீனின் வெப்பநிலை 45°C ஐ மீறியவுடன், அமீனின் தெரெவுத்தன்மை விரைவாக குறைந்துவிடும். வெப்பமான காலநிலைகளில், இது பொதுவாக குளிரூட்டிகளை நிறுவுவதை நிர்பந்திக்கிறது, இது முதலீட்டுச் செலவையும் சிக்கலையும் அதிகரிக்கிறது.

திட படுகை உறிஞ்சுதல்: துல்லியம் முக்கியமாக இருக்கும்போது

H₂S ஐ மிகக் குறைந்த அளவு (sub-ppm) வரை நீக்க வேண்டிய பயன்பாடுகளுக்கு—எ.கா., திரவமாக்கப்பட்ட இயற்கை வாயு (LNG) உள்ளீட்டு முன் சிகிச்சை அல்லது எரிசக்தி செல் (fuel cell) பயன்பாடுகள்—அமைன் (amine) அமைப்புகள் சில சமயங்களில் போதுமான துல்லியத்தை அடைய முடியாது. இத்தகைய சூழ்நிலைகளில் திண்ம படுகை (solid bed) உறிஞ்சுதல் (adsorption) முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது. துத்தநாக ஆக்ஸைடு (zinc oxide) படுகைகள் இதற்கான மரபுவழி தீர்வாகும்: H₂S ஆனது ZnO உடன் வினைபுரிந்து துத்தநாக சல்பைடு (zinc sulfide) ஆக மாறுகிறது, இது படுகையில் தங்கியிருக்கும் வரை பயன்பாட்டிற்கு ஏற்றவாறு இருக்கும். இச்செயல்முறை மிகவும் எளிமையானது; திரவங்களைக் கையாளும் தேவை இல்லை; மேலும் வெளியீட்டில் H₂S அளவை 1 ppm-க்கு கீழே நிலையாக பராமரிக்கிறது.

ஆனால் ஒரு குறிப்பிட்ட குறைபாடு உள்ளது. திண்ம படுகைகள் செலவழிக்கப்படும் பொருட்களாகும். துத்தநாக ஆக்ஸைடு முழுமையாக சல்பைடு ஆகிவிட்டால், படுகையை மாற்றவோ அல்லது மீட்டெடுக்கவோ (regenerate) வேண்டும், இது செயல்பாட்டு நிறுத்தத்தை (downtime) ஏற்படுத்தும். கத்தாரில் உள்ள ஒரு பெரிய LNG ஏற்றுமதி நிலையம் பல துத்தநாக ஆக்ஸைடு (ZnO) காப்பு படுகைகளை (guard beds) இணையாக (parallel) இயக்கி, திரவமாக்கும் தொடரில் (liquefaction train) கந்தகச் செறிவு திடீர் அதிகரிப்பு (sulfur spike) ஏற்படாமல் இருக்க அவற்றை திட்டமிடப்பட்ட முறையில் மாற்றிக் கொள்கிறது. சிகிச்சை செய்யப்பட்ட வாயுவின் மதிப்பு ஊடக மாற்றச் செலவை நியாயப்படுத்தும் அளவிற்கு அதிகமாக இருந்தால், இச்செயல்முறை பொருளாதார ரீதியாக சாதகமாக இருக்கும்—ஆனால் குறைந்த மதிப்புள்ள பயன்பாடுகளுக்கு, அமைன் சிகிச்சை (amine treating) பொதுவாக இயக்கச் செலவில் (operating expense) சிறந்ததாக இருக்கும்.

மெம்பிரேன் பிரித்தல் மற்றும் புதிய மாற்று முறைகள்

மெம்பிரேன் அமைப்புகள், குறிப்பாக CO₂-செறிவுள்ள ஓட்டங்களில் பகுதி அழுத்த வேறுபாடு பிரித்தலை இயக்கும் போது, கனிம சல்பர் நீக்கத்தில் ஒரு சிறப்பு இடத்தை உருவாக்கியுள்ளன. தெர்வு செய்யக்கூடிய அடுக்குகளுடன் கூடிய பாலிமர் மெம்பிரேன்கள் ஒரே கடந்து செல்லும் செயல்முறையில் H₂S-ஐ சில சதவீதத்திலிருந்து 100–200 ppm வரை குறைக்க முடியும். இதன் கவர்ச்சி எல்லாம் எளிமையில் தான்: எந்தவொரு வேதிப்பொருளும் தேவையில்லை, வெப்பம் தேவையில்லை, இயங்கும் பாகங்கள் மிகக் குறைவு. பெர்மியனில் உள்ள ஒரு செயல்பாட்டாளர், 30 MMscfd ஓட்டத்தில் மெம்பிரேன் ஸ்கிட் ஒன்றை இயக்கினார்; அது மாற்றியமைக்கப்பட்ட அமைன் அலகை விட 40% குறைந்த செயல்பாட்டு செலவை அளித்தது.

இருப்பினும், மெம்பிரேன்கள் எந்த மாய தீர்வும் அல்ல. இவை கனமான ஹைட்ரோகார்பன்களுடன் சிக்கலை ஏற்படுத்தும், ஏனெனில் அவை பாலிமர் அடிப்படையை வீங்கச் செய்யவோ அல்லது சிதைவுக்கு உள்ளாக்கவோ முடியும். திரவங்கள் மற்றும் துகள்களை நீக்குவதற்கான உள்ளீட்டு முன்கட்டுமானம் கட்டாயம்; மெம்பிரேன் செயல்திறன் தெர்வு செய்யக்கூடிய அடுக்கு வயதாகும் போது காலப்போக்கில் குறைந்து வரும். பெரும்பாலான பயன்பாடுகளுக்கு, மெம்பிரேன்கள் பின்னர் அமைன் அல்லது உறிஞ்சுதல் அமைப்புகளால் மேலும் துல்லியமாக்கப்படும் முதல் படியாக சிறப்பாகச் செயல்படும்.

வால் வாயு சிகிச்சை: 99.9% ஐ விட அதிக மீட்பை நோக்கிய முயற்சி

இங்கே பலரையும் ஆச்சரியப்படுத்தும் ஒரு எண்: இரண்டு முதல் மூன்று வினையாக்கிகளைக் கொண்ட ஒரு பொதுவான கிளாஸ் குள்நீரக மீட்டல் அலகு வழக்கமாக 93 முதல் 98% வரை குள்நீரக மீட்டலை மட்டுமே அடைகிறது . வால் வாயுவில் மீதமுள்ள குள்நீரகம் சுற்றுச்சூழல் சிக்கல் மட்டுமல்ல—அது இழந்த தயாரிப்பும் ஆகும். வால் வாயு சிகிச்சை அலகுகள் (TGTUs) மீதமுள்ள குள்நீரக சேர்மங்களை H₂S-ஆக மீண்டும் ஹைட்ரஜனேட் செய்வதன் மூலம் இந்த இடைவெளியை நிரப்புகின்றன, பின்னர் அந்த ஓட்டத்தை தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட அமீன் உறிஞ்சியின் வழியாகச் செலுத்துகின்றன .

எண்கள் கவர்ச்சிகரமாக உள்ளன. TGTU ஒன்றை செயல்பாட்டில் இருத்தினால், மொத்த குள்நீரக மீட்டல் 99.9% ஐ விட அதிகமாக அடைய முடியும். அமெரிக்காவின் கல்ஃப் கோஸ்டில் உள்ள ஒரு ரிபைனரி தனது முன்னிலையில் உள்ள கிளாஸ் அலகை TGTU-உடன் மேம்படுத்தியது, அதன் மூலம் SO₂ வெளியேற்றத்தை 90% க்கும் அதிகமாகக் குறைத்தது, மேலும் தினமும் 12 டன் குள்நீரகத்தை மீட்டது—அது உண்மையில் புகைக்குழாயின் வழியாக சென்றுகொண்டிருந்த தயாரிப்பு. இதன் மூலம் ஏற்பட்ட முதலீட்டு மீட்டல் காலம் 18 மாதங்களுக்குள் நிறைவேறியது, இது குள்நீரக விற்பனை மற்றும் தவிர்க்கப்பட்ட வெளியேற்ற சான்றிதழ்கள் ஆகியவற்றால் முக்கியமாக இயக்கப்பட்டது.

TGTU செயல்திறனுக்கான முக்கிய காரணி கரைப்பானைத் தேர்வு ஆகும். பொதுவான MDEA செயல்படுகிறது, ஆனால் வாயு வெளியேற்ற வினைக்கு குறிப்பாக வடிவமைக்கப்பட்ட உரிமையான கலவைகள் 50°C வரையிலான உயர் வெப்பநிலைகளில் கூட H₂S தேர்வுத்தன்மையை பராமரிக்கின்றன—இது விலையுயர்ந்த குளிரூட்டிகளின் தேவையை நீக்குகிறது சூடான காலநிலையில் உள்ள தாவரங்களுக்கு அல்லது பயன்பாட்டு திறன் குறைவாக உள்ள தாவரங்களுக்கு இது ஒரு முக்கியமான மாற்றமாகும்.

சரியான முடிவை எடுத்தல்: முக்கியமான தேர்வு முனைகள்

சல்பர் அகற்றும் தொழில்நுட்பத்தைத் தேர்வு செய்வது "சிறந்த" விருப்பத்தைத் தேர்வு செய்வதை விட குறிப்பிட்ட உள்ளீடு மற்றும் இயக்க வரம்புக்கு ஏற்ற தொழில்நுட்பத்தை பொருத்துவதை நோக்கமாகக் கொண்டது. இது உண்மையில் முடிவை எவ்வாறு தீர்மானிக்கிறது என்பது இதுவே:

1. உள்ளீட்டில் உள்ள சல்பர் செறிவு. அதிக H₂S (5% ஐ விட அதிகம்) பொதுவாக சல்பர் மீட்டலுக்காக கிளாஸ் அலகுடன் அமைன் சிகிச்சையை நோக்கிச் சுட்டிக்காட்டுகிறது. குறைந்த H₂S (100 ppm ஐ விடக் குறைவு) எளிய திண்ம-படுகை உறிஞ்சியை நியாயப்படுத்தலாம்.

2. ஓட்ட வேகம். அமைன் அமைப்புகள் பொருளாதார ரீதியில் அளவிற்கு ஏற்றவாறு விரிவாக்கப்படுகின்றன; சவ்வுகள் மற்றும் திண்ம-படுகைகளுக்கு ஒவ்வொரு அலகு திறனுக்கும் மாறாத செலவு அதிகமாக இருக்கும்.

3. CO₂ இன் ஒத்த உறிஞ்சுதல். CO₂ வழிநீட்டம் மதிப்புமிக்கதாக இருந்தால், MDEA-அடிப்படையிலான அமைப்புகளுக்கு ஒரு சிறப்பு நன்மை உண்டு. CO₂ ஐயும் அகற்ற வேண்டுமெனில், கலவையாக்கப்பட்ட அமீன் அல்லது இயற்பியல் கரைப்பான் சிறந்ததாக இருக்கும்.

4. தயாரிப்பு தர வரையறை. LNG உள்ளீடு மிகக் குறைந்த அளவிலான H₂S (ppm-க்கு கீழ்) தேவையை நிறைவேற்ற வேண்டும். குழாய் வழியாக செலுத்தப்படும் எரிவாயு 4 முதல் 10 ppm வரை H₂S ஐச் செலுத்தக்கூடியது. தர வரையறை கண்டிப்பாக இருந்தால், அதிக செலவு ஏற்படும்.

5. சுற்றுச்சூழல் ஒழுங்குமுறைகள். SO₂ வரம்புகள் கண்டிப்பாக உள்ள பகுதிகளில், கிளாஸ் + TGTU கலவை கிட்டத்தட்ட கட்டாயமாகும்.

அனுபவம் வாய்ந்த இயக்கிகள் உங்களுக்கு ஒன்றைச் சொல்வார்கள்: தீர்வை மிகையாக பொறியியல் முறையில் வடிவமைக்க வேண்டாம். மேற்கு டெக்ஸாஸில் உள்ள ஒரு நடுத்தர எரிவாயு தொழிற்சாலை, ஒரு சிக்கலான அமீன்-மற்றும்-மெம்பிரேன் கலப்பு அமைப்பை வடிவமைக்க இரண்டு ஆண்டுகள் எடுத்தது; ஆனால் இயக்கத்திற்குப் பின் உள்ளீட்டு கலவை எதிர்பார்த்ததைவிட மிகவும் நிலையானதாக இருந்ததால், அதை ரத்து செய்தது. எளிய MDEA அலகு அதே பணியை முதலீட்டுச் செலவில் பாதி அளவில் செய்திருக்கும். சில சமயங்களில், ஐம்பது ஆண்டுகளாக சோதிக்கப்பட்டுள்ள தொழில்நுட்பமே சிறந்ததாகும்.

தொழில்நுட்பத்தை விட தரமும் செயல்பாடும் அதிக முக்கியத்துவம் வாய்ந்தவை

வேதியியல் நன்றாகப் புரிந்துகொள்ளப்பட்டுள்ளது. உபகரணங்கள் தயாரிப்பு விற்பனையில் கிடைக்கும் வகையில் உள்ளன. சல்பர் அகற்றும் வெற்றிகரமான திட்டங்களை, பணத்தை இழக்கச் செய்யும் திட்டங்களிலிருந்து பிரிக்கும் முக்கிய காரணம் செயல்பாடு—அதாவது, கட்டுமானத்தின் தரம், சரியான தொடக்க சோதனை (commissioning) மற்றும் இயக்குநர்களுக்கான பயிற்சி. தரமற்ற வெல்டிங் செய்யப்பட்ட உறிஞ்சியில் (absorber) அமீன் திரவம் வெளியேறி தயாரிக்கப்படும் வாயுவில் கலக்கலாம். சிறிய அளவிலான மீள் சூடேற்றி (reboiler) என்பது, மீள் செயல்முறை (regeneration) முற்றிலும் முடிவடையாது என்பதைக் குறிக்கிறது; இதனால் குறைந்த அளவு அமீன் (lean amine) திரவம் அதிகமாக ஏற்றப்படுகிறது, அதன் விளைவாக H₂S வெளியேற்ற வாயுவில் (outlet) கலக்கிறது. இவை கற்பனையில் மட்டும் உள்ள சிக்கல்கள் அல்ல; இவை ஒவ்வாண்டும் தொழில் துறையில் பல திட்டங்களின் தொடக்க நிலையில் (startups) தெரிவிக்கப்படுகின்றன.

இந்த செயல்பாட்டு ஆபத்துகளைக் குறைக்க விரும்பும் இயக்கியாளர்களுக்கு, முழு வாயு செயலாக்க சங்கிலியையும்—வாயு உள்ளீட்டு பிரிப்பிலிருந்து கந்தக மீட்பு வரை—புரிந்துகொண்ட ஒரு தயாரிப்பாளருடன் இணைந்து பணியாற்றுவது உண்மையில் வித்தியாசத்தை ஏற்படுத்தும். கிரீன்ஃபிர் போன்ற நிறுவனங்கள், ஸ்கிட்-மவுண்டெட் வாயு செயலாக்க உபகரணங்களுக்கு ஒருங்கிணைந்த தயாரிப்பு திறன்களையும், கண்டிப்பான தரக் கட்டுப்பாட்டையும் வழங்குகின்றன; இது பல வழங்குநர்களிடமிருந்து வாங்கப்படும் பொருட்களின் ஒருங்கிணைப்பு சிக்கல்களைத் தவிர்க்க திட்ட குழுவுக்கு உதவுகிறது. கந்தக அகற்றும் ஸ்கிட் இயக்கத்திற்குத் தயாராக வந்துவிட்டால், திட்டத்தின் தொடக்கம் எளிதாக நடைபெறும்; மேலும் வாயு முதல் நாளிலேயே தரத்திற்கு ஏற்ப இருக்கும்.