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सारांश: वेरिएबल प्रेशर सॉर्ब्शन तकनीक का उपयोग करके हाइड्रोजन उत्पन्न करने के आधार पर सिंथेटिक अमोनिया तैयार किया जाता है। वेरिएबल प्रेशर सॉर्ब्शन प्रक्रिया में उत्पन्न होने वाली गैसों के पुनर्उपयोग हेतु तरीकों को बेहतर बनाया गया है। डिसॉर्ब्शन गैसों एवं कोक फर्नेस से उत्पन्न गैसों को मिलाकर गैस तैयार की जाती है; साथ ही PSA तकनीक का उपयोग करके भी गैस उत्पन्न की जाती है। इस तरह दो अलग-अल पूरी प्रक्रिया के लाभों एवं हानियों का विश्लेषण किया गया है। कीवर्ड: कोक फर्नेस गैस, PSA द्वारा अलग की गई गैस, पुनर्प्राप्ति, तरल अमोनिया, परिचय; मेथनॉल उत्पादन प्रक्रिया में उच्च शुद्धता वाला हाइड्रोजन उत्पन्न होने के साथ-साथ बड़ी मात्रा में गैस भी उत्पन्न होती है। यह गैस, मेथनॉल उत्पादन प्रक्रिया में उत्पन्न होने वाली कुल गैस का लगभग 30%~35% हिस्सा होती है। इस गैस में CH4 (11.09%), H2 (24.11%), CO (8.93%), N2 (40.98%) एवं CO2 (14.89%) जैसे घटक होते हैं। यदि इसे सीधे वायुमंडल में छोड़ दिया जाए, तो न केवल ऊर्जा की बर्बादी होती है, बल्कि पर्यावरण प्रदूषण भी होता है। इसलिए इसका पुनर्उपयोग करना आवश्यक है। 1. मौजूदा उपकरणों का विश्लेषण
1.1 उपकरणों की उत्पादन क्षमता का विश्लेषण
अमोनिया उत्पादन हेतु उपयोग में आने वाले उपकरणों की डिज़ाइन क्षमता 100 किलोटन/वर्ष है। इस उपकरण को आवश्यक कच्चा गैस, पार्क में स्थित दो 100 किलोटन/वर्ष क्षमता वाले मेथनॉल उत्पादन उपकरणों से प्राप्त होता है; जबकि नाइट्रोजन, मेथनॉल उत्पादन उपकरणों से ही प्राप्त होता है। प्रत्येक मेथनॉल उत्पादन इकाई, प्रति घंटे 12,000 से 14,000 Nm3/h की दर से मेथनॉल गैस उत्पन्न करती है; दो ऐसी इकाइयाँ मिलकर प्रति घंटे 24,000 से 28,000 Nm3/h की दर से मेथनॉल गैस उत्पन्न कर सकती हैं। इस प्रकार, प्रति घंटे 15,600 से 18,200 Nm3/h की दर से शुद्ध हाइड्रोजन भी प्राप्त किया जा सकता है। चूँकि पार्क में नए हाइड्रोलाइसिड उत्पादन संयंत्र स्थापित किए जा रहे हैं, इसलिए PSA को हाइड्रोजन की आपूर्ति करने की जिम्मेदारी सौंपी गई है। इसमें कच्चे बेंजीन के शुद्धीकरण, बेंजीन से साइक्लोहेक्सेन बनाने, एवं हाइड्रोजन ऑक्साइड के उत्पादन हेतु हाइड्रोजन की आवश्यकता है; प्रति घंटे 14,000 Nm3 हाइड्रोजन की आवश्यकता है। संतुलन स्थापित होने के बाद, केवल 1600–4200 Nm3/घंटा की मात्रा में ही हाइड्रोजन उपलब्ध होगा, जिसका उपयोग अमोनिया निर्माण हेतु किया जा सकेगा। ऐसी स्थिति में अमोनिया निर्माण हेतु आवश्यक हाइड्रोजन प्राप्त करने हेतु नए संयंत्रों की आवश्यकता होगी; ऐसे संयंत्रों में कोक फर्नेस से प्राप्त गैस एवं PSA विधि से प्राप्त गैसों का उपयोग हाइड्रोजन एवं नाइट्रोजन निर्माण हेतु किया जा सकेगा। 1.2 मूल प्रक्रिया का वर्णन: मेथनॉल उत्पादन इकाई से आने वाली मेथनॉल-युक्त गैसों को PSA प्रक्रिया द्वारा शुद्ध करके उच्च शुद्धता वाली हाइड्रोजन गैस प्राप्त की जाती है। इस हाइड्रोजन गैस को, एयर सेपरेशन इकाई से आने वाली दबावयुक्त नाइट्रोजन गैस के साथ मिलाकर मीथेनीकरण इकाई में भेजा जाता है; वहाँ CO एवं CO2 को CH4 में परिवर्तित किया जाता है। इसके बाद, इस गैस को दबाव देकर सिंथेसिस प्रक्रिया में भेजा जाता है। चित्र 1 देखें। चित्र 1: मूल अमोनिया उत्पादन प्रक्रिया का सरल चित्र। इसके अलावा, PSA उपकरण से प्राप्त होने वाली गैसों को पुनः उपयोग में लाने हेतु उन्हें कोकिंग चैंबर में जलाया जाता है; लेकिन दबाव में होने वाले उतार-चढ़ाव के कारण ऐसा संभव नहीं हो पाता, और वे गैसें सीधे फ्लेमर में जला दी जाती हैं, जिससे संसाधनों की बर्बादी होती है। 2. परिवर्तन के बाद उपकरणों का विश्लेषण
2.1 परिवर्तन के बाद उत्पादन क्षमता का विश्लेषण
नए स्थापित गैस उत्पादन उपकरण वर्तमान में अच्छी तरह से कार्य कर रहे हैं। कोक ओवन से प्राप्त गैस की मात्रा 17,500 Nm3/घंटा है; जबकि शुद्धिकृत गैस की मात्रा लगभग 26,000 Nm3/घंटा है। इससे लगभग 9 टन/घंटा अमोनिया उत्पन्न होता है। मौजूदा प्रक्रियाओं के साथ मिलकर यह उपकरण पूर्ण उत्पादन क्षमता हासिल करने में सक्षम है। 2.2 प्रक्रिया का वर्णन: कोक गैस एवं PSA अपशिष्ट गैसें गैस टैंक में जाती हैं। वहाँ, कोक गैस/शुद्धिकृत गैसों को संयुक्त कंप्रेसर द्वारा दबाया जाता है, ताकि उन्हें विशेष उपचार प्रक्रियाओं में भेजा जा सके। इन उपचार प्रक्रियाओं में आयरन-मोलिब्डेनम हाइड्रोजनीकरण एवं ऑक्साइड जिंक डीसल्फराइज़र का उपयोग करके कोक गैस में मौजूद सल्फर को हटाया जाता है। जल-कार्बन अनुपात के अनुसार, प्रक्रिया हेतु आवश्यक भाप को ऊष्मा-आदान वाले रूपांतरण भट्टी में डाला जाता है; इसके बाद, प्रक्रिया की आवश्यकताओं के अनुसार ऑक्सीजनयुक्त हवा को दूसरे रूपांतरण भट्टी में डाला जाता है, ताकि रूपांतरण अभिक्रिया पू उच्च तापमान वाली रूपांतरित गैस को ऊष्मा पुनर्प्राप्ति की प्रक्रिया से गर्म किया जाता है; इसके बाद इसका उपयोग कच्ची गैस एवं प्रक्रिया-अवशेषों को पूर्व-तापित करने हेतु किया जाता है। इसके बाद कार्बन मोनोऑक्साइड का निम्न-तापमान पर रूपांतरण किया जाता है, ताकि इसकी मात्रा निर्धारित सीमा के भीतर रहे। इसके बाद इस गैस को MEDA प्रक्रिया में भेजा जाता है, जहाँ इसमें मौजूद कार्बन हटाया जाता है। कार्बन हटाने के बाद, इस गैस को कोक-ओवन गैस/शुद्धिकृत गैस संयुक्त संपीडक के द्वारा दबाया जाता है; इसके बाद इसे मीथेन उत्पादन प्रक्रिया में भेजा जाता है, जहाँ इसे PSA द्वारा प्राप्त हाइड्रोजन के साथ मिलाया जाता है। इसके बाद इस गैस को मीथेनीकरण भट्टी ए चित्र 2 देखें। चित्र 2: सिंथेटिक अमोनिया उत्पादन इकाई की वर्तमान प्रक्रिया
2.3 पुनर्निर्माण प्रक्रिया के दौरान आने वाली समस्याएँ
1. इकाई से उत्पन्न होने वाली कार्बन डाइऑक्साइड (लगभग 4000 Nm3/घंटा) को सीधे ही वायुमंडल में छोड़ दिया जाता है; इससे संसाधनों की बर्बादी होती है। अब इस कार्बन डाइऑक्साइड को दबाव देकर मेथनॉल उत्पादन हेतु उपयोग में लाने की योजना है। शेष कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग ड्राई आइस बनाने हेतु किया जाएगा। 2. वर्तमान में उपयोग की जा रही ड्राइविंग प्रक्रियाओं एवं ऊष्मा-संतुलन संबंधी मापदंडों के आधार पर विश्लेषण करने पर, उपकरण में ऑक्सीजन मिलाने की आवश्यकता अभी तक सिद्ध नहीं हुई है। वर्तमान में तो केवल तभी ही शुद्ध ऑक्सीजन मिलाई जाती है, जब PSA द्वारा हाइड्रोजन की मात्रा कम होती है; यह तो मूल डिज़ाइन से काफी अलग है। ； द्रव ऑक्सीजन पंपों के डिज़ाइन में फ्रीक्वेंसी रूपांतरण सुविधा शामिल ही नहीं की गई है; इस कारण द्रव ऑक्सीजन के उपयोग के दौरान अतिरिक्त द्रव ऑक्सीजन सीधे ही वहीं बर्बाद हो जात 3. कार्बन-मुक्तीकरण प्रणाली को सफाई के बाद लंबे समय तक इस्तेमाल नहीं किया गया। उत्पादन शुरू करने से पहले इसे कई बार धोया गया, लेकिन उत्पादन शुरू होने के बाद भी प्रणाली के घोल में ठोस अशुद्धियाँ मौजूद रहीं। इसलिए घोल ले जाने वाले पंपों को समय-समय पर साफ करना आवश्यक है। ； डीकार्बोनाइजेशन सिस्टम में प्रयोग होने वाले कुछ कूलरों में प्लेट-टाइप एक्सचेंजरों का उपयोग किया जाता है; ऐसे एक्सचेंजरों में 4. नई प्रणाली में तीन ही हीटिंग ओवन हैं, एवं इनके लिए एक ही धुआँ निकासी मार्ग है। ऐसी स्थिति में उत्पादन प्रक्रिया दौरान सुरक्षा की समस्याएँ उत्पन्न होती हैं, एवं संचालन भी कठिन हो जाता है। 5. प्रक्रिया में उपयोग होने वाले कंडेन्सेट को वाष्पीकृत करने संबंधी प्रक्रियाएँ, एवं उनका आपस में संयोजन, इस बात का कारण बनता है कि उपकरण को शुरुआत में तापमान बढ़ाने हेतु अधिक परिश्रम करना पड़ता है। 6. डिज़ाइन में संयम बरता गया है; कुछ उपकरणों का आकार छोटा है, एवं उत्प्रेरकों की मात्रा भी कम है। 7. उपकरणों की व्यवस्था उचित नहीं है; इस कारण कैटालिस्टों की मरम्मत एवं प्रतिस्थापन में कठिनाई होती है। 8. कुछ नमूना लेने वाले स्थानों पर एक ही नमूना शीतलक का उपयोग किया जाना, विश्लेषण परिणामों में बड़ी त्रुटियों का कारण बनता है। 9. MEDA के सामान्य दबाव वाले डिसॉर्प्शन प्रक्रम में वॉटर सील का उपयोग आवश्यक है; समाधान पंप का उपयोग नहीं किया जाना चाहिए। 10. गैस टैंक के इनलेट/आउटलेट पर स्थित वॉटर सील, जमीन के नीचे होते हैं; ऐसी स्थिति में कंडेंसेट जल का निकासन मुश्किल हो जाता है। इसलिए ऐसे वॉटर सीलों को जमीन के ऊपर ही स्थापित किया जाना चाहिए, ताकि स्वचालित रूप से ही 3. द्विगुणित गैस स्रोतों का उपयोग करके सिंथेटिक अमोनिया उत्पादन करने के फायदे एवं नुकसान
3.1 फायदे:
1. PSA प्रक्रिया से प्राप्त होने वाली गैसों को फिर से गैस टैंकों में संग्रहीत किया जाता है; इससे ऐसी गैसों को सीधे वायुमंडल में छोड़ने से जुड़ी पर्यावरणीय समस्याओं का समाधान हो जाता है। साथ ही, सिंथेटिक अमोनिया उत्पादन हेतु आवश्यक CH4, H2, CO, N2 जैसी गैसें भी पुनः प्राप्त हो जाती हैं, जिससे सिंथेटिक अमोनिया उत्पादन की मात्रा में वृद्धि होती है। 2. कोक चूल्हों से प्राप्त गैस के रूपांतरण हेतु द्विचरणीय प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है; इससे शुद्ध ऑक्सीजन की खपत कम हो जाती है, एवं मीथेन गैस का रूपांतरण बेहतर तरीके से हो पाता 3. प्रक्रिया-संबंधी घनीकृत तरल पदार्थों को वाष्पीकृत करने वाले उपकरणों को हाइड्रोजन उत्पादन उपकरणों के साथ जोड़ दिया गया। इससे उपकरणों में उपलब्ध ऊष्मा का पूरा उपयोग हुआ; इसके परिणामस्वरूप न केवल भाप प्राप्त हुई, बल्कि प्रक्रिया-संबंधी घनीकृत तरल पदार्थ भी वाष्पीकृत हो गए। इससे अमोनिया युक्त अपशिष्ट जल का उत्स 3.2 कमियाँ: 1. विघटन-उत्पन्न गैस का दबाव एवं घटकों में बहुत अधिक उतार-चढ़ाव होता है; इस कारण यह गैस कोक फर्नेस से निकलने वाली गैस के साथ पूरी तरह मिल नहीं पाती। इससे आगे के उत्पादन प्रक्रम पर प्रभाव पड़ता है। इसके अलावा, जब कोक फर्नेस से निकलने वाली गैस की मात्रा कम होती है (6000 Nm3/घंटा से कम), तो विघटन-उत्पन्न गैस के मिलने से सिस्टम में और अधिक उतार-चढ़ाव होता है। 2. वापस प्राप्त किए गए निष्कासित गैसों के कारण, गैस टैंक में नाइट्रोजन की मात्रा बढ़ जाती है। इसके परिणामस्वरूप कोक फर्नेस गैस कंप्रेसर की क्षमता कम हो जाती है, जिससे उपकरणों में बिजली की खपत बढ़ जाती है। 3. PSA प्रक्रिया में निकलने वाली गैसों को गैस टैंक में भेजने हेतु उपयोग की जाने वाली नियंत्रण प्रणाली उचित नहीं है। इसके बजाय, PSA प्रक्रिया के अनुसार प्रोग्रामेबल वाल्वों का उपयोग करके नियंत्रण किया जाना चाहिए; ऐसा करने से हाइड्रोजन एवं नाइट्रोजन के अनुपात को स्थिर रखने 4. सारांश: यह सिंथेटिक अमोनिया उत्पादन संयंत्र, देश में पहला ऐसा संयंत्र है जो मेथनॉल के अपशिष्ट गैसों का उपयोग हाइड्रोजन उत्पादन हेतु करता है। यहाँ, विभिन्न गैसों को मिलाकर हाइड्रोजन उत्पन्न किया जाता है; अर्थात् दो अलग-अलग गैस स्रोतों का उपयोग करके ही सिंथेटिक अ वर्तमान में उपकरणों के संचालन की स्थिति को देखते हुए, नए हाइड्रोजन उत्पादन उपकरण, मौजूदा अमोनिया उत्पादन उपकरणों के साथ सफलतापूर्वक संयोजित हो गए हैं। कोक फर्नेस से प्राप्त गैस एवं मेथनॉल से प्राप्त गैस की स्थिर आपूर्ति के बाद, प्रतिदिन 300 टन तरल अमोनिया उत्पन्न करने का लक्ष्य हासिल किया जा सकेगा; इस प्रकार उत्पादन में वृद्धि एवं कार्बन उत्सर्जन में कमी लाने का लक्ष्य भी पूर उपकरणों में मौजूद समस्याओं का भी विश्लेषण किया गया, ताकि भविष्य में उपकरणों की मरम्मत एवं सुधार हेतु आधार तैयार हो सके।