ایئر سیپریشن یونٹ کیا ہے اور یہ کیسے کام کرتا ہے؟

ہوا الگ کرنے کی اکائیاں : تعریف، بنیادی افعال اور صنعتی کردار

ہوا الگ کرنے کی اکائیاں ، یا جنہیں عام طور پر اے ایس یو (ASUs) کہا جاتا ہے، بنیادی طور پر بڑے پیمانے پر کام کرنے والے کارخانے ہیں جو عام ہوا سے کرائوژینک تقطیر (cryogenic distillation) کے ذریعے خالص آکسیجن، نائٹروجن اور آرگون نکالتے ہیں۔ یہ عمل کیسے کام کرتا ہے؟ درحقیقت، یہ عمل ہوا کو دبائے جانے سے شروع ہوتا ہے، پھر اسے تقریباً منفی 196 درجہ سیلسیئس کے انتہائی کم درجہ حرارت تک ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔ جب ہوا اتنی ٹھنڈی ہو جاتی ہے تو وہ مائع حالت میں تبدیل ہو جاتی ہے، اور مختلف گیسیں اپنے الگ الگ غلوظن کے درجہ حرارت کی وجہ سے علیحدہ ہو جاتی ہیں۔ نائٹروجن سب سے پہلے تقریباً منفی 196 ڈگری سیلسیئس پر، اس کے بعد آرگون منفی 186 ڈگری سیلسیئس پر، اور آخر میں آکسیجن منفی 183 ڈگری سیلسیئس پر غلوظت اختیار کرتی ہے۔ ان علیحدہ گیسوں کے بہت سارے اہم استعمالات ہیں۔ طبی سہولیات مریضوں کو سانس لینے میں مدد کے لیے خالص آکسیجن پر انحصار کرتی ہیں۔ نائٹروجن کیمیائی پلانٹس میں چیزوں کو محفوظ رکھنے اور خوراک کے پیکیجز کو محفوظ رکھنے میں مدد کرتی ہے۔ آرگون گنجائش کے بغیر دھاتوں کو جوڑنے (ویلڈنگ) میں اہم کردار ادا کرتی ہے تاکہ ناخواستہ آکسائیڈز کا تشکیل نہ ہو۔ سٹیل ملز، چپ ساز کمپنیاں اور فضلہ پانی کے علاج کے پلانٹس کے لیے ان مقامی گیس کی فراہمی کے بغیر کام کرنا ناممکن ہے۔ اور اب ہم دیکھ رہے ہیں کہ اے ایس یو (ASUs) نئے شعبوں میں بھی شامل ہو رہے ہیں، جیسے صاف ہائیڈروجن ایندھن کی تیاری اور کاربن اخراج کو روکنا (carbon capture)۔ یہ وسعت ظاہر کرتی ہے کہ ان اکائیوں کا ہمارے توانائی نظاموں کو زیادہ سبز بنانے اور موسمیاتی چیلنجز کا سامنا براہِ راست کرنے کی کوششوں میں کتنا اہم مقام ہے۔

ہوا الگ کرنے والی اکائیاں کیسے کام کرتی ہیں: سردیاتی تقطیر عمل

سردیاتیات کیوں؟ ہوا کو مائع بنانے اور الگ کرنے کی حرارتیاتی بنیاد

کرائو جینک ڈسٹیلیشن ہوا کے اجزاء کو الگ کرنے کے لیے اتنا مؤثر ہے کیونکہ جن گیسوں کا ہم ساتھ سروکار ہے وہ بنیادی طور پر ایک جیسے سائز کی ہوتی ہیں اور کیمیائی طور پر زیادہ تر غیر فعال ہوتی ہیں۔ اس وجہ سے دیگر طریقے جیسے ممبرینز یا پریشر سوئنگ ایڈسورپشن بہت کم مؤثر ثابت ہوتے ہیں جب کہ بڑی مقدار میں انتہائی خالص مصنوعات کی ضرورت ہو۔ جب انجینئرز ہوا کو تقریباً منفی 180 درجہ سیلسیس تک ٹھنڈا کرتے ہیں تو وہ آکسیجن، نائٹروجن اور دیگر گیسوں کے جوش کے نقطوں میں ان بہت چھوٹے فرق کو استعمال کر سکتے ہیں۔ پورا عمل کئی کمپریسر مراحل پر مشتمل ہوتا ہے جہاں ہوا کو ہر مرحلے کے درمیان تدریجی طور پر کمپریس اور ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔ یہ کمپریشن اصل ہوا کے حجم کو تقریباً سات سو گنا تک کم کر دیتی ہے جبکہ حرارتی طور پر اس قدر کارآمد رہتی ہے کہ عملی طور پر استعمال کی جا سکے۔ جی ہاں، اس میں بہت زیادہ بجلی کی ضرورت ہوتی ہے—صرف ایک ٹن آکسیجن تیار کرنے کے لیے 200 سے 300 کلو واٹ گھنٹہ تک بجلی صرف ہوتی ہے۔ لیکن اس توانائی کی بڑی طلب کے باوجود، کرائو جینک ڈسٹیلیشن بڑی پیداواری ضروریات کے تحت 99.5 فیصد سے زیادہ خالص آکسیجن اور 99.999 فیصد سے زیادہ خالص (عملی طور پر بے عیب) نائٹروجن تیار کرنے کا سب سے موزوں طریقہ ہی رہتا ہے۔

آکسی جن، نائٹروجن اور آرگون کا استخراج: دوہرے کالم نظام میں جزوی تقطیر

آج کے ہوا الگ کرنے والے اکائیاں اپنے خام مال سے زیادہ سے زیادہ فائدہ اٹھانے کے لیے دو کالم تقطیر کے نظاموں پر انحصار کرتی ہیں، جس میں نہ صرف مصنوعات کی خالصی بلکہ مواد کی بازیابی کی شرح بھی شامل ہوتی ہے۔ یہ عمل اس کالم سے شروع ہوتا ہے جسے ہم 'اونچے دباؤ والا کالم' کہتے ہیں، جو تقریباً ۵ سے ۶ بار کے دباؤ کے درجہ حرارت پر کام کرتا ہے۔ یہاں، نائٹروجن سے بھرپور آئیں قدرتی طور پر اوپر کی طرف اُٹھتی ہیں، جبکہ بھاری آکسیجن سے بھرپور مائع نیچے جمع ہو جاتا ہے۔ یہ مائع پھر وسعت کے والوز (ایکسپینشن والوز) کے ذریعے دوسرے مرحلے کے کم دباؤ والے کالم میں داخل ہوتا ہے، جو عام طور پر ۱٫۲ سے ۱٫۵ بار کے دباؤ پر کام کرتا ہے۔ دباؤ کے فرق سے پورے نظام میں درجہ حرارت کا ضروری پیمانہ تشکیل پاتا ہے، جو اجزاء کے صاف الگاوٴ کو ممکن بناتا ہے۔ آرگون ایک دلچسپ معاملہ پیش کرتا ہے، کیونکہ اس کا کھولنا نائٹروجن اور آکسیجن کے درمیان کہیں ہوتا ہے۔ اس لیے، یہ عام طور پر ہمارے اصل کالموں کے درمیان حکمت عملی سے لگائے گئے خاص سائیڈ ڈراوز میں جمع ہو جاتا ہے، اور پھر الگ آرگون صاف کرنے والے ٹاورز میں اضافی صفائی کے لیے بھیجا جاتا ہے۔ ان نظاموں کی تعمیر کرتے وقت، انجینئرز کئی اہم عوامل پر توجہ دیتے ہیں، جن میں ریفلکس کا مناسب توازن حاصل کرنا، موثر ٹرےز یا ساختی طور پر منظم پیکنگ مواد کا استعمال کرنا، اور ان خاص بریزڈ الومینیم حرارتی تبادلہ کنندہ کو شامل کرنا جو عمل کے دوران حرارتی کنٹرول کو بہت قریب سے برقرار رکھنے میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ یہ تمام انجینئرنگ کیا حاصل کرتی ہے؟ ہم آکسیجن کی خالصی ۹۹٫۵٪ سے زیادہ، نائٹروجن کی خالصی تقریباً پانچ نائن (۹۹٫۹۹۹٪)، اور آرگون کی مصنوعات کی خالصی چھ نائن (۹۹٫۹۹۹۵٪) سے زیادہ کی بات کر رہے ہیں۔ مجموعی طور پر بازیابی کی شرح ۹۹٪ سے زیادہ ہے، جو نظام کی تعمیر میں بداخلی طور پر شامل چالاک ری سائیکلنگ کی حکمت عملیوں کی بدولت ممکن ہوئی ہے۔

جدید ہوا کے الگ کرنے والی اکائیوں کے اہم اجزاء اور آپریشنل مراحل

اہم ASU ذیلی نظام: ہوا کا کمپریشن، صاف کرنا (ماولیکیولر سائیوز)، حرارتی تبادلہ، اور تقطیر کالم

جدید ہوا کے علیحدگی کے اکائیاں عام طور پر چار اہم اجزاء کے ذریعے کام کرتی ہیں جو ایک دوسرے کے ساتھ مل کر کام کرتے ہیں۔ پہلا مرحلہ بڑے کمپریسورز کا استعمال کرتا ہے جو عام ہوا کو تقریباً 5 سے 6 بار کے دباؤ تک دباتے ہیں، جس سے بعد میں مائع بنانے کا عمل بہتر طریقے سے انجام پاتا ہے۔ کمپریشن کے بعد مالیکولر سیو بیڈز کے ذریعے صاف کیا جاتا ہے جو ہوا کے بہاؤ سے نمی، کاربن ڈائی آکسائیڈ اور دیگر ہائیڈروکاربنز کو خارج کر دیتے ہیں۔ اس سے نظام کے سرد حصوں میں برف کی ترسیب اور کھانے جیسے مسائل کو روکا جاتا ہے۔ ایک بار صاف ہو جانے کے بعد، ہوا ان الومینیم کے حرارتی تبادلہ کنندہ (ہیٹ ایکسچینجرز) میں داخل ہوتی ہے جہاں اسے تقریباً منفی 175 درجہ سیلسیئس تک ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔ یہ ٹھنڈا کرنا ایک چالاک مقابلہ بہاؤ (کاؤنٹرفلو) طریقے کے ذریعے ہوتا ہے جس میں نکلنے والے مصنوعات کو استعمال کیا جاتا ہے، جس سے عمل کے دوران قابلِ ذکر توانائی بچ جاتی ہے۔ آخری مرحلے کے لیے دراصل دو تقطیر کے کالم (ڈسٹیلیشن کالم) کام کر رہے ہوتے ہیں۔ اونچے دباؤ والا کالم خام آکسیجن اور نائٹروجن سے بھرپور آئیں ویپر پیدا کرتا ہے، جبکہ دوسرا کم دباؤ والا کالم ان دونوں کو مزید صاف کرتا ہے تاکہ آخری مصنوعات جیسے خالص آکسیجن اور آرگون حاصل کی جا سکیں۔ صنعتی رپورٹوں کے مطابق، پرانے واحد کالم کے نظاموں کے مقابلے میں اس متعدد مرحلہ والے طریقہ کار سے توانائی کی ضروریات تقریباً 15 سے 20 فیصد تک کم ہو جاتی ہیں۔

داخلی وصولی سے لے کر ترسیل تک: اسٹوریج، آبی بخارات بنانے اور پائپ لائن تقسیم کا ایک ساتھ اِکٹھا ہونا

عملیات شروع ہوتا ہے جب ہم ماحول سے فلٹر شدہ ہوا کو اندر لاتے ہیں، پھر اسے کمپریس کرتے ہیں اور صاف کرتے ہیں۔ ایک بار آسٹل (distilled) ہونے کے بعد، مائع آکسیجن اور نائٹروجن خاص ذخیرہ کرنے والے ٹینکوں میں منتقل کر دیے جاتے ہیں جو انہیں تقریباً منفی 183 درجہ سیلسیئس کے انتہائی کم درجہ حرارت پر برقرار رکھتے ہیں۔ یہ ٹینک اس وقت اہم بفر کا کام انجام دیتے ہیں جب طلب میں اتار چڑھاؤ ہوتا ہے، جو بنیادی آکسیجن فرنیس کا استعمال کرنے والے لوہے اور فولاد کے کارخانوں جیسے صنعتوں کے لیے بہت مددگار ثابت ہوتا ہے جنہیں مسلسل سپلائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ جب ان کرائو جینک مائعات کو تقسیم کرنے کا وقت آتا ہے، تو انہیں پہلے ویپورائزرز کے ذریعے گزرنے دیا جاتا ہے جو یا تو ماحولیاتی درجہ حرارت یا بھاپ کے ذریعے گرم کیے جاتے ہیں، اور پھر وہ دباؤ والی پائپ لائنز میں منتقل کر دیے جاتے ہیں۔ اسمارٹ فلو کنٹرول سسٹم گاہکوں کی اصل ضروریات کے مطابق ترسیل کی مقدار کو ایڈجسٹ کرتے ہیں، جس سے سپلائی کی قابل اعتمادی 99.9 فیصد سے زیادہ برقرار رہتی ہے۔ بہتر ٹینک کی عزل اور بائل آف گیسوں کو جمع کرنے جیسی جدید حرارتی انتظامی تکنیکوں سے نقصانات قدیم طریقوں کے مقابلے میں تقریباً 30 فیصد تک کم کر دیے گئے ہیں، جس سے عملیات کلی طور پر بہت زیادہ موثر ہو گئے ہیں۔

کارکردگی کے تناظر: توانائی کا استعمال، خلوص کی سطحیں، اور درخواست کے مطابق ڈیزائن

ہوا کے علیحدگی یونٹ سے زیادہ سے زیادہ فائدہ اُٹھانے کا مطلب ہے کہ اس کے ڈیزائن کے معیارات کو حتمی مصنوعات کی اصل ضروریات کے مطابق ہم آہنگ کرنا، بجائے اس کے کہ تمام شعبوں میں زیادہ سے زیادہ خلوص حاصل کرنے کی کوشش کی جائے۔ حقیقت یہ ہے کہ زیادہ خلوص کی سطحیں حاصل کرنا توانائی کے استعمال میں نمایاں اضافہ کرتا ہے۔ مثال کے طور پر نائٹروجن کی پیداوار لیجیے: الیکٹرانکس کی صنعت میں استعمال ہونے والی انتہائی صاف >99.99% درجہ کی نائٹروجن حاصل کرنا، غذائی تحفظ کے لیے عام طور پر استعمال ہونے والی 99.5% آکسیجن کی پیداوار کے مقابلے میں تقریباً 40 سے 50 فیصد زیادہ بجلی کا استعمال کرتا ہے۔ ضرورت سے زیادہ جانے کا مطلب صرف رقم اور وسائل کا ضیاع ہے۔ تاہم، دوسری طرف، کم از کم معیارات پر پورا اترنا بھی بعد میں سنگین مسائل کا باعث بن سکتا ہے۔ آکسیجن کی انتہائی معمولی مقدار کا آلودہ ہونا بھی سیمی کنڈکٹر کے نازک ویفرز کو پیداوار کے دوران تباہ کر سکتا ہے یا دوائی مصنوعات کو مریضوں کے لیے غیر محفوظ بناسکتا ہے۔ معیار اور کارآمدی کے درمیان اس 'میٹھے نقطہ' کو تلاش کرنا صنعتی گیس کی پروسیسنگ میں سب سے بڑے چیلنجز میں سے ایک ہے۔

اچھی ڈیزائن سے ضائع ہونے والی توانائی کو کم کرنے میں مدد ملتی ہے۔ متغیر رفتار کے کمپریسرز طلب میں تبدیلی کے وقت اپنی رفتار کو ڈھال لیتے ہیں۔ کالم مختلف طریقوں سے ترتیب دیے جا سکتے ہیں تاکہ کمپنیاں اپیکی صلاحیت کو مرحلہ وار بڑھا سکیں۔ اور ذخیرہ کی سطح کو حقیقی وقت میں نگرانی کرنے سے آپریٹرز اپنی مائع مصنوعات کی پیداوار کی رفتار کو تبدیل کر سکتے ہیں، جس سے ضائع ہونے والی بجلی میں تقریباً 15 سے 25 فیصد کمی آ جاتی ہے۔ اس کے علاوہ، جدید مالیکولر سیوز کو صاف کرنے کے درمیان وقفہ لمبا ہوتا ہے جبکہ وہ اب بھی ناخالصیوں کو مؤثر طریقے سے ختم کرتے ہیں۔ اس کا مطلب ہے کہ مصنوعات کی صفائی کا معیار مستقل رہتا ہے اور پلانٹ لمبے عرصے تک بے رُکاوٹ چلتے رہتے ہیں۔

اکثر پوچھے گئے سوالات

ہوا کو الگ کرنے والی اکائیاں کس مقصد کے لیے استعمال ہوتی ہیں؟
ہوا کے علیحدگی کے اکائیاں (ایئر سیپریشن یونٹس) آکسیجن، نائٹروجن اور آرگون جیسی خالص گیسوں کی تیاری کے لیے استعمال ہوتی ہیں، جو طبی سہولیات، کیمیائی پلانٹس، ویلڈنگ، سٹیل ملز اور دیگر صنعتی درخواستوں کے لیے ضروری ہیں۔

ہوا کے علیحدگی کے اکائیوں میں کرائوجینک تقطیر کا عمل کیسے کام کرتا ہے؟
کرائوجینک تقطیر کا عمل مندرجہ ذیل طریقے سے کام کرتا ہے: فشر کی گئی ہوا کو بہت کم درجہ حرارت تک ٹھنڈا کیا جاتا ہے، جس کی وجہ سے وہ مائع حالت میں تبدیل ہو جاتی ہے۔ پھر مختلف گیسوں کو ان کے الگ الگ غلوظ کے نقطوں کی بنیاد پر علیحدہ کیا جاتا ہے۔

کیوں توانائی کی کھپت ایک تشویش کا باعث ہے؟ ہوا الگ کرنے کی اکائیاں ?
کیونکہ ہوا سے گیسوں کو کرائوجینک طریقے سے علیحدہ کرنے کا عمل توانائی کا بہت زیادہ استعمال کرتا ہے، اس لیے لاگت اور ماحولیاتی اثرات کو کم کرنے کے لیے مخصوص درخواستوں کے لیے ضروری خالصی کے سطح کے ساتھ توانائی کے استعمال کا توازن برقرار رکھنا نہایت اہم ہے۔