इनलेट नाइट्रोजन में CO की मात्रा सीमा से अधिक होने का विश्लेषण

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“नीचे दिए गए सारांश में, ठंडे तरल नाइट्रोजन का उपयोग करके CO गैस को अवशोषित किया जाता है; क्योंकि CO गैस, अमोनिया निर्माण हेतु उपयोग में आने वाले उत्प्रेरकों के लिए हानिकारक है।” कीवर्ड: तरल नाइट्रोजन से शुद्धिकरण, गैस शुद्धिकरण उपकरण, CO सांद्रता। हमारी कंपनी कोयले को कच्चे माल के रूप में उपयोग करके यूरिया उत्पादन करने वाली एक बड़ी कंपनी है; गैसों को शुद्ध करने हेतु हमने कम तापमान वाले मेथनॉल एवं तरल नाइट्रोजन आधारित तकनीकों का उपयोग किया है। लिक्विड नाइट्रोजन शुद्धिकरण उपकरण, ऊपरी स्तर पर होने वाली कम तापमान वाली मेथनॉल शुद्धिकरण प्रक्रिया से प्राप्त होने वाली शुद्ध गैसों को ग्रहण करता है; इसके बाद कम तापमान पर लिक्विड नाइट्रोजन का उपयोग करके उस गैस में मौजूद CO, CH4, Ar आदि तत्वों को हटा दिया जाता है, ताकि H2/N2 = 3:1 अनुपात वाली हाइड्रोजन-नाइट्रोजन गैस प्राप्त हो सके। हाइड्रोजन-नाइट्रोजन संयुग को पहले अमोनिया निर्माण प्रक्रिया में प्रयोग होने वाले H2-N2 गैस कंप्रेसर से संपीडित किया जाता है; इसके बाद ही अमोनिया निर्माण प्रक्रिया में तरल अमोनिया तैयार होता है। I. तरल नाइट्रोजन से धोने की प्रक्रिया: तरल नाइट्रोजन से धोने की प्रक्रिया, -188°C से -193°C के तापमान, एवं 5.27 Mpa के दबाव वाले धोने वाले टैंक में की जाती है। तरल नाइट्रोजन टॉवर के ऊपरी हिस्से से अंदर आता है, जबकि कच्ची गैस टॉवर के निचले हिस्से से अंदर आती है। ये दोनों एक-दूसरे के विपरीत दिशा में आपस में मिलते हैं, एवं टॉवर की प्लेटों पर ऊष्मा का आदान-प्रदान होता है। CO, CH4, Ar आदि अशुद्धियाँ तरल नाइट्रोजन द्वारा धो दी जाती हैं, जिससे शुद्ध ग 8.9% नाइट्रोजन युक्त शुद्ध हाइड्रोजन, टॉवर के ऊपरी हिस्से से निकलता है; वहाँ इसमें अक्रिय गैसें मिल जाती हैं, जिससे CO की मात्रा 5×10-6 से कम रह जाती है, और ऐसी ही शुद्ध गैस प्राप्त होती है। जब अमोनिया संश्लेषण टैंक में ऑक्साइडों की मात्रा 20×10-6 से अधिक हो जाती है, तो इससे अमोनिया संश्लेषण प्रक्रिया रुक जाती है। इसलिए, संश्लेषित गैस में CO की मात्रा को नियंत्रित करना बहुत ही महत्वपूर्ण है। द्वितीय, घटनाक्रम: 29 अगस्त, 2014 को रात 7:00 बजे, लिक्विड नाइट्रोजन से संबंधित CO के ऑनलाइन विश्लेषण मापदंड AI17002 का मान लगभग 0.7 पीपीएम के आसपास ही रहा। रात 7:30 बजे यह मान 1.5 पीपीएम तक पहुँच गया, उसके बाद यह फिर से 0 पर आ गया। रात 8:00 बजे फिर से AI17002 का मान 1.5 पीपीएम तक पहुँच गया। इस पर कंट्रोल रूम ने AI17002 पर और अधिक नज़र रखना शुरू किया। रात 8:10 बजे AI17002 का मान 2.0 पीपीएम तक पहुँच गया। इस पर कंट्रोल रूम ने शुद्धिकरण विभाग को निर्देश दिया कि N2 एवं N3 की मात्रा कम की जाए। लेकिन कंट्रोल रूम के कर्मचारियों ने बताया कि AI17002 का मान लगातार बढ़ रहा है, इसलिए N2 की मात्रा बढ़ाने की आवश्यकता है। साथ ही उन्होंने AI17002 का मैन्युअल विश्लेषण करने का भी निर्देश दिया। इसके बाद कोल्ड बॉक्स के वाल्व FV17010, प्रक्रिया-गैस के तापमान को नियंत्रित करने वाले उपकरण TV17039, एवं कच्चे नाइट्रोजन से संबंधित उपकरण FV17009 में भी समायोजन किया गया। 21:02 पर, AI17002 का मान 6.4 ppm तक पहुँच गया, एवं यह मान लगातार बढ़ता ही जा रहा है। इस समय, कंट्रोल रूम के कर्मचारियों ने डिस्पैच विभाग को उत्पादन मात्रा कम करने के निर्देश दिए, एवं विश्लेषण विभाग को A17002 के घटकों का दूसरी बार विश्लेषण करने को कहा। विश्लेषण के परिणामस्वरूप यह मात्रा 11 पीपीएम पाई गई। तरल नाइट्रोजन की आपूर्ति मात्रा, पहले के 94384 Nm3/घंटा से घटकर 83872 Nm3/घंटा हो गई। 21:21 पर, AI17002 का मान 9.5 ppm तक पहुँच गया; मैनुअल विश्लेषण के अनुसार यह मान 15 ppm था। इस समय, नाइट्रोजन का उत्पादन 13023 किलोग्राम/घंटा तक पहुँच गया। 21:50 पर, AI17002 का स्तर 5 पीपीएम तक गिर गया। 22:04 पर यह मान 2 PPM तक गिर गया; हाथ से किए गए विश्लेषण में यह मान 3 PPM पाया गया। 29 अगस्त के बाद से, सिंथेटिक गैस में CO की मात्रा में लगातार उतार-चढ़ाव हो रहा है। जब CO की मात्रा बढ़ जाती है, तो लिक्विड नाइट्रोजन आधारित प्रणाली द्वारा उसकी मात्रा कम की जाती है। CO की मात्रा अनुमत सीमा से अधिक होने के कारण सिंथेसिस प्रक्रिया 2 बार रोकनी पड़ी, एवं प्रणाली द्वारा 29 बार ऐसी कार्रवाई की गई। इसके बाद, तरल नाइट्रोजन से किए गए धोने की प्रक्रिया का विस्तार से ； सिंथेटिक गैस में CO की उपस्थिति के कारण एवं इसके निवारण के तरीके ； (1) तरल नाइट्रोजन से की गई सफाई में उपयोग होने वाले नाइट्रोजन की मात्रा प ； (2) तरल नाइट्रोजन से धोने का तापमान बहुत अधिक है। ； (3) संचालन हेतु आवश्यक दबाव बहुत कम है। ； (4) मेथनॉल से धोने की प्रक्रिया में खराबी। ； (5) टैरेफ़ संबंधी कारण/वजहें ； समाधान ； (1) धोने हेतु उपयोग में आने वाले नाइट्रोजन की मात्रा में वृद्धि करना।
(2) तरल नाइट्रोजन से धोने की प्रक्रिया हेतु आवश्यक तापमान TI17039 को -185℃ से भी कम करना। ； (3) सिस्टम के दबाव को सामान्य संचालन दबाव, अर्थात् 5.0 MPa से अधिक, तक बढ़ाना। ； (4) मेथनॉल वॉशिंग प्रक्रिया संबंधी ऑपरेशनलाइन वाल्व समूह HV16003A/B/C/D की वास्तविक स्थिति की जाँच करें; यह सुनिश्चित करें कि वे सही स्थान पर हैं। ； (5) वाहनों की मरम्मत हेतु रोकना। चूँकि हीट एक्सचेंजर, टैंक एवं वाल्वों में कोई खराबी नहीं थी, इसलिए हमने फिर से नाइट्रोजन की शुद्धता के विश्लेषण पर ध्यान केंद्रित किया। 11 सितंबर को, उत्पादन विभाग एवं गुणवत्ता नियंत्रण केंद्र के सहयोग से (जब सिंथेटिक गैस में CO की मात्रा में उतार-चढ़ाव हुआ, तब N2 की सामग्री का मैन्युअल विश्लेषण किया गया), तीन दिनों तक नमूनों का विश्लेषण किया गया। अंततः 13 सितंबर को यह पता चला कि नाइट्रोजन में CO की मात्रा सीमा से अधिक थी। तीन, मानकों से अधिक होने के परिणाम:
1. इसके कारण अमोनिया उत्पादन प्रक्रिया दो बार रुक गई; इससे अमोनिया उत्पादन प्रणाली प्रभावित हुई।
2. तरल नाइट्रोजन का उपयोग कम हो गया; इससे अमोनिया एवं यूरिया का उत्पादन प्रभावित हुआ।

चार, कारणों का विश्लेषण:
(1) गैसों की संरचना में अंतर। ； मानक परिस्थितियों में, कार्बन मोनोऑक्साइड (Carbon Monoxide, CO) एक रंगहीन, गंधहीन एवं बिना किसी ज्वलनशीलता वाली गैस होती है। इसका सापेक्ष आणविक द्रव्यमान 28.01 है, घनत्व 1.25 ग्राम/लीटर है। इसका ठोस अवस्था का तापमान -205.1℃ है, जबकि गैस अवस्था का तापमान -191.5℃ है। पानी में इसकी घुलनशीलता बहुत कम है; यह पानी में बहुत ही कठिनाई से ही घुलता है। सामान्य परिस्थितियों में नाइट्रोजन एक रंगहीन, बेस्वाद एवं बेगंध वाली गैस होती है; आम तौर पर यह विषैली भी नहीं होती। वायुमंडल में नाइट्रोजन का अनुपात 78.12% है (आयतन अनुपात के हिसाब से)। मानक परिस्थितियों में इस गैस का घनत्व 1.25 ग्राम/लीटर होता है। नाइट्रोजन पानी में ठीक से घुलता नहीं है; सामान्य तापमान एवं दबाव पर, 1 लीटर पानी में लगभग केवल 0.02 लीटर ही नाइट्रोजन घुल पाता है। गलनांक – 210℃, उबलनांक – 195.8℃, सापेक्ष आणविक भार – 28। गैसों की संरचना के हिसाब से, CO एवं N2 का क्वथन बिंदु एवं आणविक द्रव्यमान लगभग समान है। साथ ही, हमारी कंपनी इस्पात कारखानों के टॉर्चों से निकलने वाली गैसों एवं एयर कंप्रेसरों के इनलेट फिल्टरों से केवल एक दीवार की दूरी पर ही स्थित है। चूँकि इस्पात कारखानों में टॉर्चों की ऊँचाई पर्याप्त नहीं है, इसलिए हवा की दिशा बदलने पर टॉर्च से गैसें निकल नहीं पातीं; ऐसी स्थिति में CO हवा की दिशा के अनुसार एयर कंप्रेसरों के इनलेट में पहुँच जाता है। वायु-विभाजन आसवन: पदार्थों के उबलने के बिंदुओं में अंतर का उपयोग करके, मिश्रित वाष्प को कई बार आंशिक रूप से ठंडा किया जाता है, एवं मिश्रित तरल को भी कई बार आंशिक रूप से वाष्पीकृत किया जाता है; इस प्रक्रिया से पदार्थों को अलग किया जा सकता है। वायु के महत्वपूर्ण घटकों की जानकारी निम्नलिखित है:
**नाम**, **रासायनिक प्रतीक**, **आयतन प्रतिशत**, **क्वथन बिंदु (°C, 101.325 KPa पर)**
नाइट्रोजन – N₂: 78.09%, क्वथन बिंदु – -195.8°C
कार्बन मोनोऑक्साइड – CO: 2.09%, क्वथन बिंदु – -191.5°C
आर्गन – Ar: 0.932%, क्वथन बिंदु – -185.7°C
ऑक्सीजन – O₂: 20.95%, क्वथन बिंदु – -183°C

ऊपर दी गई जानकारी से पता चलता है कि CO एवं N₂ का क्वथन बिंदु लगभग समान है। इसलिए, स्टील फैक्ट्रियों से निकलने वाला CO वायु के साथ ही एयर सेपरेशन डिस्टिलेशन टॉवर में पहुँच जाता है। (2) एयर सेपरेशन रिफ्रैक्शन टावर की प्रक्रिया का वर्णन नीचे दिया गया है। यहाँ हवा को प्रारंभ में नाइट्रोजन एवं ऑक्सीजन-युक्त तरल हवा में विभाजित किया जाता है। ऊपरी हिस्से में मौजूद नाइट्रोजन को मुख्य कंडेनसेशन एवं वाष्पीकरण यंत्र में तरल रूप में बदल दिया जाता है; वहीं, मुख्य कंडेनसेशन एवं वाष्पीकरण यंत्र के कम दबाव वाले हिस्से में मौजूद तरल ऑक्सीज अधिकांश तरल नाइट्रोजन, रिफ्लक्स तरल के रूप में नीचे वाले टॉवर में वापस जाता है; जबकि शेष तरल नाइट्रोजन को कूलर के माध्यम से शुद्ध नाइट्रोजन एवं दूषित नाइट्रोजन में विभाजित किया जाता है, एवं इसके बाद इसे ऊपर वाले टॉवर के शीर्ष तक भ निचले टॉवर के ऊपरी हिस्से से निकाला गया दूषित नाइट्रोजन, कूलर में ठंडा किए जाने के बाद, थ्रोटलिंग प्रक्रिया के माध्यम से ऊपरी टॉवर के ऊपरी हिस्से में भेजा निचले टॉवर के तल से निकाला गया ऑक्सीजन-युक्त तरल, ओवरकोल्डर में ठंडा किए जाने के बाद, थ्रोटलिंग के माध्यम से ऊपरी टॉवर के मध्य भाग में वापस भेजा जाता है। दूषित नाइट्रोजन को ऊपरी टॉवर से ही बाहर निकाला जाता ह इसे ओवरकोल्डर, उच्च-दबाव वाले मुख्य ऊष्मा-आदान उपकरण एवं निम्न-दबाव वाले मुख्य ऊष्मा-आदान उपकरणों में पुनः गर्म करने के बाद डिस्टिलेशन टॉवर में भेजा जाता है। इसमें से कुछ हिस्सा “मॉलिक्यूलर सीवेज” शुद्धिकरण उपकरणों में पुनर्उपयोग हेतु उपयोग में आता है, शुद्ध नाइट्रोजन को ऊपरी टॉवर के शीर्ष से निकाला जाता है; इसे ओवरकोल्डर एवं कम दबाव वाले मुख्य एक्सचेंजर में पुनः गर्म किया जाता है। इसके बाद इसे कोल्ड बॉक्स से निकालकर वॉटर-कूल्ड टॉवर में भेजा जाता है, जहाँ यह बाहरी प CO को नाइट्रोजन के साथ नीचे स्थित टॉवर के शीर्ष से बाहर निकाला जाता है। कम दबाव वाले मुख्य ऊष्मा-आदान उपकरण में इसे पुनः गर्म किया जाता है; इसके बाद इसे कोल्ड बॉक्स से बाहर निकाला जाता है। फिर इसे नाइट्रोजन संपीडन इकाई द्वारा 6.0 MPa तक संपीडित किया जाता है, ताकि इसे लिक्विड नाइट्रोजन उपचार उपकरण में भेजा जा स कारणों का विश्लेषण ； (1) इस्पात कारखानों में टॉर्चों का डिज़ाइन उचित नहीं है; इसी कारण CO गैस वायु-शोधन प्रणाली में पहुँच गई, जो इस दुर्घटना का मुख्य कारण है।
(2) CO गैस के बारे में पर्याप्त जानकारी नहीं है; CO गैस एयर कंप्रेसर के माध्यम से डिस्टिलेशन टॉवर में पहुँचकर N2 पाइपलाइन में घुल जाती है।
(3) स्थल पर कार्यरत कर्मचारियों ने CO गैस संबंधी चेतावनियों को नज़रअंदाज़ कर दिया, जिससे समस्या का समाधान देर से हुआ।

**चौथा: निवारक उपाय**
(1) इस्पात कारखानों को निर्देश दिया जाना चाहिए कि वे टॉर्चों के बुझने की स्थिति को रोकें।
(2) स्थल पर कार्यरत निरीक्षकों को निर्देश दिया जाना चाहिए कि यदि CO गैस संबंधी कोई चेतावनी मिले, तो उन्हें तुरंत मुख्य नियंत्रण कक्ष में सूचित करना चाहिए। (3) वायु-शोधन कर्मचारियों के सहयोग से, N2 में मौजूद CO के नमूनों का नियमित रूप से विश्लेषण किया जाता है।
संदर्भ: [1] लू शियाओफेंग, “नाइट्रोजन शोधन प्रक्रिया संबंधी मार्गदर्शिका”, हुआनग्वो डिज़ाइन। [2] ली योंगकांग, शेन वेइलेंग, “डीप-कोल्ड टेक्नोलॉजी”, चाइनीज़ साइंस एंड टेक्नोलॉजी का प्रमुख जर्नल, 1961