دریل کالم برائے نایاب گیس کی تقطیر

وہ نشانی عناصر جن کی قیمتیں بہت زیادہ ہوتی ہیں

کرپٹون اور زی non کے نام گھریلو سطح پر مشہور نہیں ہیں۔ لیکن صنعت کے کچھ خاص شعبوں میں، ان کی قیمتیں اتنی زیادہ ہیں کہ سونے کو بھی عام سا محسوس کرایا جاتا ہے۔ اس کی وجہ سادہ ہے: یہ گیسیں فضا میں غیر معمولی طور پر دُرل بھی ہیں۔ کرپٹون فضا میں تقریباً ۱٫۱ ملین میں سے ایک حصہ کے برابر موجود ہے۔ زی non اس سے بھی کم ہے، یعنی ۰٫۰۸۶ ملین میں سے ایک حصہ۔ اس بات کو سمجھنے کے لیے اتنا کافی ہے کہ ایک ملین کیوبک میٹر فضا کو پروسیس کرنے سے صرف تقریباً ایک کیوبک میٹر کرپٹون اور اس سے بھی کم زی non حاصل ہوتی ہے۔

پھر بھی یہ گیسیں ناگزیر ہیں۔ کرپٹون توانائی کی بچت والی کھڑکیوں کو بھرتا ہے، کچھ خاص مقاصد کے لیے روشنی کے لیے غیر فعال ماحول فراہم کرتا ہے، اور اعلیٰ کارکردگی والی عزل میں استعمال ہوتا ہے۔ زی non سیٹلائٹ کے انجن میں آئن تھرسٹرز کا ترجیحی اخراجی مواد ہے، سیمی کنڈکٹر کی تیاری میں ایکسمائر لیزرز کا کام کرنے والی گیس ہے، اور اندھیرے مادے کے تجربات میں تشخیصی وسیلہ ہے جہاں خالصی کی ضروریات تقریباً غیرمعقول حد تک سخت ہوتی ہیں۔

ہوا سے ان نشانیاتی اجزاء کو بحال کرنا اختیاری نہیں ہے—بلکہ یہ معاشی طور پر ضروری ہے کیونکہ ان کی قدر ان کی پیچیدگی کو جائز ٹھہراتی ہے۔ لیکن خود بحالی کا عمل موجودہ دور کے سب سے مشکل سرد تقطیر کے عمل میں سے ایک ہے۔

عام تقطیر کام نہ کرنے کی وجہ

بنیادی چیلنج کثافت ہے۔ ماحولیاتی ہوا زیادہ تر نائٹروجن اور آکسیجن پر مشتمل ہوتی ہے، جبکہ آرگون اس کا اگلا سب سے زیادہ وافر ثانوی جزو ہوتا ہے۔ کرپٹون اور زینون اتنا کم تراکیز ہوتا ہے کہ یہ عام ہوا کی علیحدگی کی اکائی (ایس یو) کے بنیادی تقطیر کالم میں بھی ظاہر نہیں ہوتا۔ یہ صرف آکسیجن کے بہاؤ کے ساتھ جاتا رہتا ہے اور مائع آکسیجن کے تہہ میں جمع ہوتا رہتا ہے۔

انہیں بحال کرنے کے لیے، عمل کو ایک مائع آکسیجن کے بہاؤ سے شروع کرنا ہوگا جو مرکزی ایس یو سے حاصل کیا گیا ہو۔ اس بہاؤ میں کرپٹون اور زینون کی غنی شدہ کثافتیں ہوتی ہیں—اب بھی بہت چھوٹی، لیکن کم از کم قابل پیمائش۔ پھر استخراج کولڈ باکس ماحولیاتی آلودگیوں جیسے نائٹرس آکسائیڈ اور ہائیڈروکاربنز کو خارج کرتا ہے جو ورنہ بعد کے مراحل میں مسائل پیدا کر سکتے ہیں۔ .

تقطیر خود کئی مراحل میں ہوتی ہے۔ پہلے سیٹ کے کالم دُرل بہنے والی گیسیں کو ایک فی ملین کے تناسب سے لے کر ایک خام تراکیب تک بڑھاتے ہیں۔ اس خام مخلوط میں عام طور پر کرپٹون اور زی نان کا امتزاج چند فیصد ہوتا ہے، جس کے ساتھ آکسیجن اور دیگر غیر مطلوب اجزاء بھی شامل ہوتے ہیں۔ اس کے بعد ایک اپ گریڈر سیکشن آخری صفائی کا کام انجام دیتا ہے۔ .

مشکل یہ ہے کہ ان اجزاء کی نسبی آسانی سے بخارات بننے کی صلاحیت ہوتی ہے۔ کرپٹون اور زی نان کے کھولنے کے درجہ حرارت آکسیجن کے قریب ہوتے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ انہیں الگ کرنے کے لیے بہت سارے نظریاتی مراحل اور اعلیٰ ری فلکس تناسب کی ضرورت ہوتی ہے۔ کالم لمبے ہوتے ہیں، دباؤ کے افت کو غور سے کنٹرول کیا جاتا ہے، اور درجہ حرارت کو بالکل درست طریقے سے منظم کرنا ضروری ہوتا ہے۔ یہ ایک روادار عمل نہیں ہے۔

وہ کالم کی ترتیب جو یہ کام انجام دیتی ہے

ایک عام دُرل بہت گیس کی بازیافت ٹرین میں متعدد تقطیر کالم سیریز میں لگائے جاتے ہیں۔ پری کانسنٹریشن کالم درمیانی دباؤ پر کام کرتے ہیں اور زیادہ تر امیری کا کام سنبھالتے ہیں۔ فیڈ—ایس یو یو سے مائع آکسیجن—پہلے کالم میں داخل ہوتی ہے، جہاں آکسیجن اور ہلکے اجزاء بالا کی طرف نکالے جاتے ہیں جبکہ کریپٹون اور زی non نیچے کی طرف مرکوز ہوتے ہیں۔

پری کانسنٹریٹر سے، نیچے کا سٹریم کریپٹون/زی non کالم میں منتقل ہوتا ہے جہاں دونوں دُرل بہت گیسیں ایک دوسرے سے الگ کی جاتی ہیں۔ یہاں عمل خاص طور پر مشکل ہو جاتا ہے کیونکہ کریپٹون اور زی non کی فرار شدگی مختلف ہوتی ہے، لیکن علیحدگی کا تناسب بڑا نہیں ہوتا۔ اس کالم کو اعلیٰ کارکردگی اور سخت درجہ حرارت کے کنٹرول کے ساتھ کام کرنا ہوتا ہے۔

حتمی مرحلہ تصفیہ کالم ہے، جو باقی آکسیجن اور کسی بھی ہائیڈروکاربن کے نشانات کو ختم کرتا ہے۔ اس کالم سے نکلنے والی مصنوع مجموعی نادر گیس کے بہاؤ کے لیے 98% سے زائد خلوص حاصل کر سکتی ہے، جو عام طور پر تقریباً 91% کرپٹون، 7% زینون اور باقی آکسیجن میں تقسیم ہوتی ہے اس کے بعد گیسوں کو حتمی علیحدگی اور پیکیجنگ کے لیے سلنڈروں میں کمپریس کیا جاتا ہے .

پوری ٹرین ایک کول باکس کے اندر چلتی ہے جس میں عایق مادہ—پرلائٹ یا اسی قسم کا—بھرا ہوتا ہے تاکہ حرارت کے رساؤ کو کم سے کم کیا جا سکے۔ تمام والوز، پائپنگ اور انسترومنٹیشن کو کریوجینک سروس کے لیے درجہ بندی ہونی چاہیے۔ میکانی ڈیزائن کو حرارتی انقباض، تفریقی انبساط اور اس حقیقت کا احتساب کرنا چاہیے کہ کوئی بھی قابلِ ذکر حرارت کا رساؤ علیحدگی کی کارکردگی کو خراب کر دے گا۔

جہاں معیشت درحقیقت کام کرتی ہے

ہر اے ایس یو (ASU) نایاب گیس کی بازیافت کے لیے قابلِ امکان نہیں ہوتا۔ معاشیات صرف بڑے پیمانے پر کام کرتی ہیں۔ صنعتی ذرائع کا خیال ہے کہ روزانہ تین ہزار سے چار ہزار ٹن سے زیادہ کی صلاحیت والے اے ایس یو (ASU) وہ حد ہیں جہاں بازیافت معاشی طور پر منافع بخش ہو جاتی ہے۔ اس سے کم صلاحیت والے اے ایس یو (ASU) کے لیے، بازیافت کے نظام کی سرمایہ کاری اور مستقل آپریٹنگ اخراجات کو پیداوار کی قدر سے جواز دینا ممکن نہیں ہوتا۔

منطق سیدھی سی ہے۔ بازیافت کے آلات اے ایس یو (ASU) کی سرمایہ کاری میں قابلِ ذکر اضافہ کرتے ہیں—کالم، کولڈ باکس، آلاتِ پیمائش، اور خاص کنٹرول سسٹم۔ اس کے علاوہ، یہ اے ایس یو (ASU) کے بنیادی نظام پر بوجھ بھی بڑھاتے ہیں، کیونکہ نایاب گیس کے استخراج کے لیے وہ لیکوئڈ آکسیجن استعمال ہوتی ہے جو ورنہ پیداوار کا حصہ ہوتی، اور کالم کی تقطیر کے لیے درکار تبرید بھی مجموعی توانائی کے استعمال میں اضافہ کرتی ہے۔

تاہم، میگا سکیل صنعتی مراکز کو سیوا دینے والے بڑے ایس یو ایس کے لیے حساب کتاب تبدیل ہو جاتا ہے۔ اضافی سرمایہ کا خرچ ایک بہت بڑے پیداواری بنیاد پر تقسیم ہوتا ہے، اور نایاب گیس کی آمدنی کا سلسلہ منصوبے کی مجموعی معیشت کو ایک قابلِ ذکر تقویت فراہم کرتا ہے۔ کچھ آپریٹرز نایاب گیس کی بازیافت کے عمل کو ایک الگ کاروباری اکائی کے طور پر دیکھتے ہیں جو بڑے ایس یو ایس کے آپریشن کا حصہ ہوتی ہے—اور کئی صورتوں میں نایاب گیس سے ہونے والی آمدنی مجموعی سرمایہ کاری پر واپسی (آر او آئی) کو کافی حد تک بہتر بنا سکتی ہے۔

ایک حقیقی دنیا کی انسٹالیشن جس کا مطالعہ کرنا مفید ہے

مشرقی ایشیا میں ایک سہولت ایک مفید کیس اسٹڈی فراہم کرتی ہے۔ اس کا اصل ایس یو ایس روزانہ تقریباً ۴,۰۰۰ ٹن ہوا کو پروسیس کرتا ہے اور اس سے آکسیجن اور نائٹروجن فراہم کی جاتی ہے جو ایک سٹیل میکنگ کمپلیکس اور ایک کیمیکل پارک کو سیوا دی جاتی ہے۔ نایاب گیس کی بازیافت کا عمل ایک دوسرے مرحلے کے سرمایہ کاری کے طور پر شامل کیا گیا جبکہ اصل ایس یو ایس کو کئی سالوں تک چلایا جا چکا تھا۔

اسٹالیشن کو کئی چیلنجز کا سامنا کرنا پڑا۔ ریکوری ٹرین کو فیڈ آکسی جن اسٹریم کو اے ایس یو کولڈ باکس کے ایک مخصوص نقطہ سے نکالنا تھا، جس کے لیے منصوبہ بند شٹ ڈاؤن اور موجودہ پائپنگ میں ترمیم کی ضرورت تھی۔ نئی کولڈ باکس کو موجودہ ساخت کے قریب قائم کیا گیا، لیکن کنٹرولز اور انٹر لاکس کے ایکسیلیشن کے لیے ریکوری ٹرین کے وینڈر اور اے ایس یو آپریٹنگ ٹیم کے درمیان غور طلب تنظیم کی ضرورت تھی۔

ریکوری ٹرین خود تین کالم کی ترتیب استعمال کرتی ہے: ایک پری کانسنٹریٹر، ایک کرپٹون/زینون اسپلٹر، اور ایک آخری پیوریفائر۔ سسٹم مستقل بنیادوں پر کام کرتا ہے، جبکہ مصنوعات کی صفائی کے نمونے باقاعدگی سے لیے جاتے ہیں تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ معیارات پوری ہو رہی ہیں۔ آپریٹرز کی رپورٹ کے مطابق، بنیادی آپریشنل چیلنج فیڈ میں ہائیڈرو کاربن کی مقدار کو کنٹرول کرنا ہے—اگر اپ اسٹریم اے ایس یو کے سی او۲ اور این۲او کے اخراج کے نظام بالکل درست طریقے سے کام نہیں کر رہے ہیں تو ریکوری ٹرین کا پیوریفائر اوور وہیلم ہو سکتا ہے۔

ابھی یہ سہولت کرپٹون اور زینون کو تجارتی معیار کی خالصی میں پیدا کرتی ہے، جس کی فروخت خاص گیس کے منڈی میں کی جاتی ہے۔ ریکوری ٹرین کے سرمایہ کاری کا واپسی کا دورانیہ اس حد تک بتایا گیا تھا جو فیصلہ کو جائز ٹھہرانے کے لیے کافی تھا، حالانکہ آپریٹر نے تسلیم کیا ہے کہ چھوٹے پیمانے پر یہ منصوبہ قابل عمل نہیں ہوتا۔

اہم پابندیاں

کوئی بھی حقیقی جائزہ ان رکاوٹوں کو تسلیم کرنا ضروری ہے۔ فیڈ کی تشکیل اہم ہے—اگر ماحولیاتی ہوا میں ہائیڈروکاربن یا دیگر نشانی کے آلودگی کے غیر معمولی سطحیں ہوں تو صفائی کا بوجھ بڑھ جاتا ہے۔ ریکوری کی موثری 100 فیصد نہیں ہے؛ مختلف کالم کے نیچے اور اوپر والے سٹریمز میں کچھ نایاب گیس لازمی طور پر ضائع ہو جاتی ہے۔

محصول کی صفائی کی ضروریات بھی اہم ہوتی ہیں۔ کچھ درخواستیں انتہائی اونچی صفائی کے درجے کی تقاضا کرتی ہیں—مثلاً، ڈارک میٹر کا اندازہ لگانے کے لیے زی non میں کرپٹون کی کثافت 10⁻¹² mol/mol سے کم ہونی چاہیے۔ اس سطحِ صفائی تک پہنچنے کے لیے معیاری بازیافت کے عمل کے علاوہ اضافی پروسیسنگ مراحل درکار ہوتے ہیں، جو لاگت اور پیچیدگی دونوں میں اضافہ کرتے ہیں۔

مارکیٹ تک رسائی کا بھی سوال اُٹھتا ہے۔ نایاب گیسیں ایک عام سامان نہیں ہیں؛ انہیں ماہرین کی مخصوص سپلائی چین کے ذریعے، طویل المدتی معاہدوں اور سخت معیارِ معیار کے ساتھ فروخت کیا جاتا ہے۔ ایک ایسا ادارہ جو نایاب گیسیں پیدا کرتا ہو لیکن انہیں فروخت کرنے کے لیے تجارتی بنیادی ڈھانچہ رکھتا نہ ہو، وہ اکثر اپنے سٹاک کو ہاتھوں میں پکڑے رہ جاتا ہے بلکہ آمدنی پیدا نہیں کر پاتا۔

ٹیکنالوجی کا رجحان

دُرِیَہ کے اِستِخراج کے لیے بنیادی تقطیر کی ٹیکنالوجی دہائیوں سے مستحکم ہے۔ کالم، حرارتیات، اور علیحدگی کے اصول—یہ تمام باتیں اچھی طرح سمجھی جا چکی ہیں اور ان میں کوئی بڑی تبدیلی نہیں آ رہی ہے۔ جو چیز ترقی پذیر ہے وہ اِس کا اِتحاد اور بہترین کارکردگی کا حصول ہے۔

جدید کنٹرول سسٹمز اب ایک دہائی پہلے کے مقابلے میں درجہ حرارت اور دباؤ کو کہیں زیادہ درستی سے کنٹرول کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔ جدید سینسرز حقیقی وقت میں ترکیب کے اعداد و شمار فراہم کرتے ہیں، جس سے فیڈ فارورڈ کنٹرول کی حکمت عملیوں کو نافذ کیا جا سکتا ہے۔ اس کا نتیجہ بہتر اِستِخراج کی کارکردگی اور مصنوعات کی معیار میں زیادہ مسلسل یکسانیت ہے۔

اس کے علاوہ ماڈیولر، اسکِڈ-ماونٹڈ ڈیزائن کی طرف بھی رجحان ہے جو مقامی انسٹالیشن کے وقت کو کم کرتا ہے اور اسے میزبان اے ایس یو کے ساتھ ضم کرنا آسان بنا دیتا ہے۔ فیکٹری ٹیسٹنگ اور پری کمیشننگ سے سامان کے مقام پر پہنچنے سے پہلے ہی مسائل کی نشاندہی کی جا سکتی ہے، جس سے بندش کے خطرے اور دورانیے میں کمی آتی ہے۔

معاشی عوامل ابھی بھی مضبوط ہیں۔ خاص گیس کی طلب مختلف شعبوں میں بڑھ رہی ہے— سیمی کنڈکٹرز، ایئرورس، صحت کی دیکھ بھال، اور تحقیق۔ روایتی ذرائع سے نایاب گیسوں کی فراہمی محدود ہے، جو قیمت کی حمایت کرتی ہے۔ بڑے اے ایس یو کے آپریٹرز کے لیے، نایاب گیس کی بازیافت شامل کرنا منصوبے کے دائرہ کار کا ایک بڑھتی ہوئی حد تک معیاری حصہ بن رہا ہے۔

گرین فِر نے متعدد منصوبوں میں نایاب گیس کے استعمال کے لیے کرائوجینک الگاؤ کے آلات فراہم کیے ہیں، جن کی تیاری کی صلاحیتیں اے ایس ایم ای اور سی ای معیارات پر پوری اترتی ہیں اور وہ سخت شیڈول کے مطابق ترسیل کا ایک ثابت شدہ ریکارڈ رکھتی ہے۔ ان خاص کالم کی حمایت کے لیے انجینئرنگ اور تیاری کی بنیادی ڈھانچہ موجود ہے؛ کسی بھی منصوبے کے لیے سوال یہ ہے کہ کیا اس کا سائز اور منڈی کی حالات سرمایہ کاری کی تائید کرتے ہیں۔