अधिक किफायती तरीकों से ऑक्सीजन प्राप्त करना – बदलते दबाव में ऑक्सीजन निष्कर्षण की प्रक्रिया, एवं इसका ब्लास्ट फर्नेसों में उपयोग

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“चाइना मेटलर्जिकल न्यूज़पेपर” से एक लेख प्रकाशित किया गया है; इसे आपसी जानकारी हेतु प्रस्तुत किया जा रहा है। लेख की सामग्री इस प्रकार है: “अधिक किफायती तरीकों से ऑक्सीजन प्राप्त करने के उपाय – बड़े भट्ठियों में वोल्टेज-चेंज्ड सॉर्ब्शन विधि द्वारा ऑक्सीजन उत्पादन संबंधी जानकारी”, लेखक: वांग होंगचियांग। पारंपरिक रूप से, बड़ी भट्ठियों में ऑक्सीजन प्रदान करने हेतु डीप-कोल्ड विधि का उपयोग किया जाता है; लेकिन इस विधि में निवेश बहुत अधिक होता है। इसलिए, बड़ी भट्ठियों में ऑक्सीजन प्रदान करने हेतु आमतौर पर इस्पात निर्माण में उपयोग होने वाली अतिरिक्त उच्च-दबाव वाली ऑक्सीजन ही उपयोग में आती है। इसी कारण, बड़ी भट्ठियों में ऑक्सीजन प्रदान करने हेतु आमतौर पर “मशीनों के बाद ऑक्सीजन प्रदान करने” की विधि ही उपयोग में आत धातु निष्कर्षण तकनीकों में हुई प्रगति के साथ, ऑक्सीजन-समृद्ध वातावरण में लोहा निष्कर्षित करना, ब्लास्ट फर्नेसों में धातु निष्कर्षण प्रक्रिया को बेहतर बनाने हेतु एक प्रभावी तरीका बन गया है। स्थिर एवं कम लागत वाली ऑक्सीजन प्राप्त करना, ब्लास्ट फर्नेसों में ऑक्सीजन-समृद्ध वाताव उन्नत ट्रांसफॉर्मेशनल सॉर्ब्शन ऑक्सीजन उत्पादन तकनीक के द्वारा सस्ती ऑक्सीजन उत्पन्न की जा सकती है; इससे ब्लास्ट फर्नेसों में ऑक्सीजन की मात्रा में काफी वृद्धि संभव हो जाती है। और मशीनों में ऑक्सीजन-समृद्ध प्रक्रियाओं के उपयोग से, वेरिएबल-प्रेशर एडसॉर्प्शन विधि द्वारा ऑक्सीजन उत्पादन का उपयोग ब्लास्ट फर्नेसों में और अधिक ट्रांसपीरेशनल सॉब्सोर्प्शन विधि से ऑक्सीजन उत्पादन का सिद्धांत एवं इसके लाभ: ट्रांसपीरेशनल सॉब्सोर्प्शन विधि, या PSA विधि, में उच्च दबाव के अंतर्गत गैसों को अलग किया जाता है, जबकि कम दबाव के अंतर्गत सॉब्सोर्बेंट को पुनर्जीवित किया जाता है। यह विधि, आणविक छाननी के उपयोग से हवा में मौजूद ऑक्सीजन एवं नाइट्रोजन तत्वों को चुनिंदा रूप से अवशोषित करके हवा से ऑक्सीजन प्राप्त करने पर आधारित है। जब वायु संपीडित होकर आणविक छाननी वाले अवशोषण टॉवर से गुजरती है, तो नाइट्रोजन आणविक ऊर्जा के कारण पहले ही अवशोषित हो जाते हैं, जबकि ऑक्सीजन आणविक ऊर्जा कम होने के कारण गैसीय अवस्था में ही रह जाती है, और इस प्रकार ऑक जब अवशोषण संतुलन की स्थिति में पहुँच जाता है, तो कम दबाव लगाकर या वैक्यूम बनाकर आणविक छलनी की सतह पर अवशोषित हुए नाइट्रोजन अणुओं को हटा दिया जाता है; इससे आणविक छलनी की अवशोषण क्षमता पुनः प्राप्त हो जाती ह लगातार ऑक्सीजन उत्पन्न करने हेतु, इस उपकरण में आमतौर पर दो या अधिक अवशोषण टॉवर लगाए जाते हैं। एक टॉवर ऑक्सीजन उत्पन्न करने का काम करता है, जबकि दूसरा टॉवर उस ऑक्सीजन को मुक्त करने का काम करता है; इस तरह ही लगातार ऑक्सीजन उत्पन्न की जा सकती है। PSA विधि के द्वारा 80% से 95% शुद्धता वाली ऑक्सीजन उत्पन्न की जा सकती है। ऑक्सीजन उत्पादन हेतु आवश्यक ऊर्जा 0.32 kWh/m3 से 0.37 kWh/m3 के बीच होती है। अवशोषण हेतु आवश्यक दबाव वायुमंडलीय दबाव से अधिक होता है; यह आमतौर पर 30 kPa से 100 kPa के बीच होता है। यह प्रक्रिया सरल है, इसे सामान्य तापमान पर ही चलाया जा सकता है। इसमें स्वचालन का स्तर उच्च है, इसलिए इसे बिना किसी मानव हस्तक्षेप के भी संचालित किया जा सकता है। विशेष रूप से, इसकी सुरक्षा व्यवस्था बहुत अच्छी है। वैक्यूम डिसैडेशन प्रक्रिया में, उपकरणों पर लगने वाला दबाव कम होता है; इसलिए टैंकों आदि पर दबाव-संबंधी नियम लागू नहीं होते। ट्रांसफॉर्मेशन एडसॉर्प्शन प्रक्रिया को, एडसॉर्बरों की संख्या के आधार पर, एक-टॉवर प्रक्रिया, दो-टॉवर प्रक्रिया, तीन-टॉवर प्रक्रिया एवं पाँच-टॉवर प्रक्रिया आदि में विभाजित किया जाता है। पंच-टॉवर प्रक्रिया में वेरिएबल-प्रेशर एडसोर्प्शन विधि सबसे अधिक उपयोग में आती है; इसमें 5 एडसोर्प्शन बेड, 4 ब्लोअर एवं 2 वैक्यूम पंपों का उपयोग किया जाता है। पूरे चक्र के दौरान 2 बेडों में ऑक्सीजन का अवशोषण होता रहता है, जबकि अन्य बेडों में वैक्यूम बनाया जाता है। इस विधि से बड़े पैमाने पर ऑक्सीजन उत्पादन संबंधी तकनीकी समस्याओ ट्रांसफॉर्मेशन एडसॉर्प्शन विधि से ऑक्सीजन उत्पादन करने के कुछ लाभ हैं: पहला, यह तकनीक वायुमंडलीय दबाव का उपयोग करके स्वचालित रूप से दबाव उत्पन्न करती है; इससे फैन द्वारा हवा पंप करने की आवश्यकता कम हो जाती है, उपकरणों का जीवनकाल बढ़ जाता है, एवं ऑक्सीजन उत्पादन की लागत कम हो जाती है। दूसरा लाभ यह है कि इसमें प्रयोग होने वाले उपकरण सरल होते हैं; मुख्य उपकरणों जैसे रोटरी ब्लोअर एवं वैक्यूम पंप स्थिर एवं विश्वसनीय ढंग से काम करते हैं। मॉलिक्यूलर सीवेज का उपयोगी जीवनकाल 10 वर्ष से अधिक होता है, इसलिए इसकी कोई रखरख तीसरा, उत्पन्न होने वाली ऑक्सीजन की मात्रा एवं शुद्धता को वास्तविक उपयोग की स्थिति के अनुसार समायोजित किया जा सकता है। स्थिर अवस्था में इसकी शुद्धता 93% तक हो सकती है, जबकि आर्थिक दृष्टि से उपयुक्त शुद्धता 80% से 90% के बीच होती है। ； ऑक्सीजन उत्पन्न करने में समय कम लगता है; आम तौर पर 30 मिनट के भीतर ही 80% से अधिक शुद्धता प्राप्त की जा सकती है। ； प्रति यूनिट ऊर्जा खपत केवल 0.32 kWh/Nm3 से 0.37 kWh/Nm3 है। चौथा, ट्रांसफॉर्मेशन एडसॉर्प्शन विधि से ऑक्सीजन उत्पादन एवं गहरे तापमान विधि से ऑक्सीजन उत्पादन की तुलना में इस विधि में निम्नलिखित विशेषताएँ हैं: कम निवेश, सरल प्रक्रिया, कम जगह की आवश्यकता, कम उपकरणों की आवश्यकता, ए ； ऑटोमेशन की स्तर बहुत उच्च है; इसलिए लगभग बिना किसी मानव हस्तक्षेप के ही प्रबंधन संभव ； यह ब्लास्ट फर्नेस में ऑक्सीजन-युक्त हवा प्रदान करने संबंधी आवश्यकताओं को प ऑक्सीजन आपूर्ति की दो विधियों की तुलना: ट्रांसफॉर्मेशन एडसॉर्प्शन विधि से प्राप्त ऑक्सीजन का दबाव आमतौर पर 30kPa से 100kPa के बीच होता है। वर्तमान में ऑक्सीजन आपूर्ति हेतु दो विधियाँ उपयोग में आ रही हैं। पहली विधि में, एडसॉर्प्शन टॉवर से निकलने वाली कम दबाव वाली ऑक्सीजन को पिस्टन आधारित ऑक्सीजन पंप के द्वारा 600kPa तक दबाया जाता है; इसके बाद ऑक्सीजन दबाव नियंत्रण वाल्व के द्वारा दबाव को समायोजित किया जाता है। इसके बाद ऑक्सीजन को एयर फ्लो डिस्ट्रीब्यूटर के माध्यम से ब्लास्ट फर्नेस के आउटलेट पर स्थित ठंडी हवा की पाइपलाइन में भेजा जाता है, जहाँ यह हवा के साथ मिलकर ऑक्सीजनयुक्त हवा बनती है। ； आमतौर पर, उत्पादन प्रक्रिया की आवश्यकताओं को पूरा करने हेतु वोल्टेज नियंत्रण वाल्वों एवं संबंधित सुरक्षा प्रणालियों का उपयोग किया जाता है। इस तरीके से निवेश बहुत अधिक होता है; खासकर ऑक्सीजन प्रेसर मशीनों पर प्रति मशीन निवेश कम से कम दस लाख रुपये, और अधिकतम कई करोड़ रुपये तक होता है। इसके अलावा, ऑक्सीजन को दबाने के बाद बिजली की खपत 0.1 kWh/Nm3 बढ़ जाती है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि उच्च दबाव वाली ऑक्सीजन को संग्रहीत एवं पहुँचाने हेतु उपकरणों सहित अन्य सभी पहलुओं से संबंधित सुरक्षा मानक अधिक होते हैं। निर्माण के दौरान यदि ये मानक पूरे नहीं किए गए, तो विस्फोट जैसी दुर्घटनाएँ आसानी से हो सकती हैं। दूसरा तरीका है “मशीन के सामने ऑक्सीजन प्रदान करना” – इसमें अवशोषण टॉवर से प्राप्त होने वाली कम दबाव वाली ऑक्सीजन को सीधे पंखे के सामने स्थित वेंट से ही मशीन में भेजा जाता है। इस विधि में ऑक्सीजन का प्रवाह-दबाव 5 kPa से 10 kPa के बीच होता है। चूँकि दबाव कम होता है, इसलिए प्रवाह-दर भी कम होती है; इसलिए प्रवाह-दर को पूरा करने हेतु ऑक्सीजन प्रवाहित करने वाली पाइपलाइनों का व्यास बढ़ाना आवश्यक हो जाता है। साथ ही, पंखे के इनलेट से आने वाली ऑक्सीजन को हवा के साथ अच्छी तरह मिलाने हेतु, प्रक्रिया की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए इनलेट पर ऑक्सीजन वितरण उपकरण लगाए गए हैं; ताकि ऑक्सीजन की मात्रा बढ़ सके। इस विधि में ऑक्सीजन कंप्रेसर की आवश्यकता नहीं होती, जिससे लागत में कमी आती है एवं बिजली की खपत भी कम होती है। चूँकि ऑक्सीजन को कम दबाव पर ही परिवहन किया जाता है, इसलिए ऑक्सीजन के संग्रहण एवं परिवहन हेतु भी कम दबाव संबंधी मानकों का ही पालन किया जाता है। इससे उपकरणों के निर्माण में लागत कम हो जाती है। साथ ही, निर्माण हेतु आवश्यक उपकरणों की आवश्यकता भी कम हो जाती है; ऐसे में डिप्रेशन/विस्फोट-रोधी उपकरणों की आवश्यकता ही नहीं पड़ती। इससे निर्माण लागत में और भी बचत होती है, एवं ब्लास्ट फर्नेस में ऑक्सीजन के उपयोग से लोहा निकालने की प्रक्रिया में सुरक्षा भ लेखक का सुझाव है कि इस प्रक्रिया को व्यापक रूप से प्रचारित किया जाना अनुप्रयोगों के उदाहरण एवं सावधानियाँ: हेनान प्रांत की वूगांग झोंगजिया स्टील कंपनी ने 19 अप्रैल, 2011 को बीजिंग की बेइजिंग पेडांग शियानफेंग टेक्नोलॉजी कंपनी के साथ तकनीकी सहयोग हेतु समझौता किया। 10 अगस्त को 10,600 Nm3/घंटा क्षमता वाली ऑक्सीजन उत्पादन प्रणाली का निर्माण शुरू हुआ, एवं यह प्रणाली 9 मई, 2012 को तैयार हो गई। यह परियोजना, सीन-कैन द्वारा 3 ब्लास्ट फर्नेसों में ऑक्सीजन की आपूर्ति हेतु विशेष रूप से निर्मित एक स्वतंत्र ऑक्सीजन उत्पादन संयंत्र है। इसमें ब्लास्ट फर्नेसों में ऑक्सीजन आपूर्ति हेतु “मशीन-आधारित ऑक्सीजन आपूर्ति प्रणाली” का उपयोग किया ग ब्लास्ट फर्नेस में ऑक्सीजन की मात्रा 5% तक बढ़ गई, जिससे उत्पादन 20% बढ़ गया। प्रति टन लोहे के लिए कोयले की मात्रा 35 किलोग्राम बढ़ गई; इससे अच्छा आर्थिक लाभ हुआ। अब तक, झोंगजिया कंपनी ने 2 साल से अधिक समय तक इस उपकरण का उपयोग किया है; इसका संचालन स्थिर एवं विश्वसनीय रहा है। ऑक्सीजन की शुद्धता एवं प्रवाह दर, डिज़ाइन मानकों से भी बेहतर है। इसके अलावा, शोर का स्तर भी बहुत कम है; 40 मीटर दूर रहने वाले लोगों को कोई शिकायत नहीं है। ऑक्सीजन उत्पादन की लागत की गणना निम्नलिखित तरीके से की गई है: कुल ऑक्सीजन मात्रा 40,799,61 घन मीटर/महीना है; कुल बिजली खपत 1,372,601 किलोवाट-घंटा है। बिजली की लागत 0.33643 किलोवाट-घंटा/घन मीटर × 0.65 रुपये/किलोवाट-घंटा = 0.218679 रुपये/घन मीटर है। नमक की लागत 0.0012 रुपये/घन मीटर है; संपीडित वायु की लागत 0.002167 रुपये/घन मीटर है। श्रम लागत 0.00598 रुपये/घन मीटर है। मूल्यह्रास की दर 0.022 रुपये/घन मीटर है। ब्याज की दर 0.028 रुपये/घन मीटर है। तेल की लागत 0.0002253 रुपये/घन मीटर है। अन्य सामग्रियों की लागत 0.0000751 रुपये/घन मीटर है। कुल लागत 0.2783269 रुपये/घन मीटर (कर सहित) है। चूँकि इस प्रक्रिया में रोटरी पंपों का उपयोग किया जाता है, इसलिए कारखाने के डिज़ाइन एवं निर्माण जैसे कार्यों में शोर एवं उपकरणों के कंपन जैसी समस्याओं को दूर करना आवश्यक है। शोर कम करने हेतु कई उपाय किए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, कारखानों में प्रवेश/निकास हवा हेतु उपयोग होने वाले पंखों में शोर-रोधी उपकरण लगाए जा सकते हैं; कारखानों के अंदर उच्च दक्षता वाली ध्वनि-रोधक सामग्रियों का उपयोग किया जा सकता है; वैक्यूम पंपों के निकास छिद्रों पर भी शोर-रोधी उपकरण लगाए जा सकते हैं। ऐसे उपायों से शोर का उत्पादन काफी हद तक कम हो जाता है, जिससे यह परियोजना आवासीय क्षेत्रों में **मानकों के अनुरूप शांतिपूर्वक संचालित हो सकती है। पंखे में होने वाले अत्यधिक कंपन की समस्या को दूर करने हेतु, पंखे के इनलेट एवं आउटलेट पर लचीले कनेक्शन लगाए गए हैं; साथ ही आउटलेट पाइपलाइनों में कंपन कम करने हेतु विशेष उपाय भी किए गए हैं। लेकिन, चूँकि पंखे के आउटलेट पर स्थित हीट एक्सचेंजर की संरचना वर्गाकार है, इसलिए व्यावहारिक परीक्षणों से पता चला कि ऐसी संरचना कम्पनों को कम करने में प्रभावी नहीं है; जिसके कारण हीट एक्सचेंजर का बाहरी आवरण अक्सर टूट जाता है। तकनीकी आदान-प्रदान के बाद पता चला कि गोलाकार आकार वाले हीट एक्सचेंजर, कंपनों को बेहतर तरीके से अवशोषित कर सकते हैं, एवं खुद प्रभावित नहीं होते; इस प्रकार कंपन संबंधी समस्याओं का समाधान हो जाता है। वर्तमान में, लागत संबंधी दबावों के कारण, भट्टियों में इस्तेमाल होने वाले खनिजों की गुणवत्ता में कमी आ गई है; साथ ही अपशिष्ट की मात्रा भी बढ़ गई है। इस कारण, अधिक मात्रा में ऑक्सीजन का उपयोग करना विभिन्न इस्पात कारखानों का विकल्प बन गया है। लेकिन केवल इस्पात निर्माण में उपयोग होने वाली अतिरिक्त ऑक्सीजन का ही उपयोग करने पर, मात्रा की सीमाएँ ； गहरे तापमान पर ऑक्सीजन उत्पादन की प्रक्रिया का व्यापक उपयोग, अवश्य ही ऑक्सीजन की लागत से प्रभावित होगा (4% से अधिक ऑक्सीजन होने पर ऐसा करना आर्थिक रूप से व्यवहार्य नहीं होगा)। वेरिएबल प्रेशर सॉर्ब्शन तकनीक के उपयोग से ऑक्सीजन उत्पादन संभव हो गया है; इसके कारण ब्लास्ट फर्नेसों में अधिक मात्रा में ऑक्सीजन उपलब्ध कराना संभव हो गया है। ब्लास्ट फर्नेसों के लिए विशेष रूप से ऑक्सीजन उत्पादन संयंत्र बनाने का समय आ गया है, एवं वेरिएबल प्रेशर सॉर्ब्शन तकनीक को ही प्राथमिक विकल्प माना जा रहा है। ऑक्सीजन उत्पादन हेतु ट्रांसफॉर्मेशनल सॉर्ब्शन विधि का उपयोग करने की सलाह दी जाती है; इसके लिए “मशीन स