عملية امتزاز وإزالة امتزاز المنخل الجزيئي الكربوني

أولاً: عملية الامتزاز: "التقاط الأكسجين" تحت الضغط

الامتزاز هو المرحلة التي المناخل الجزيئية الكربونية "التقاط" الغازات الشائبة وإثراء النيتروجين، مع اعتبار الضغط القوة الدافعة الأساسية. عادةً ما تعتمد التطبيقات الصناعية على نمط التناوب بين برجين لضمان استمرارية إنتاج الغاز، ويمكن تقسيم عملية الامتزاز في البرج الواحد إلى ثلاث خطوات:

1. المعالجة المسبقة للتغذية: تنقية "المادة الخام" للهواء

الهواء ليس مادة نقية؛ فهو يحتوي على شوائب مثل الزيت والماء والغبار، والتي قد تسد المسام الدقيقة للمناخل الجزيئية الكربونية وتقصر عمرها الافتراضي. لذلك، يمر الهواء المضغوط أولاً عبر نظام معالجة مسبقة - مزيل للزيت لإزالة بقع الزيت، ومجفف لإزالة الرطوبة، ومرشح لاعتراض الغبار - ليحصل في النهاية على هواء مضغوط نظيف وجاف بضغط يتراوح بين 6 و8 بار، جاهز للامتصاص.

2. الامتزاز الانتقائي: "فحص" دقيق للأكسجين والنيتروجين

بعد دخول الهواء المضغوط النظيف إلى برج الامتزاز، يسمح للجزيئات الصغيرة، كالأكسجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء المتبقي، بالانتشار بسرعة داخل المسام الدقيقة للمنخل الجزيئي الكربوني، حيث تُمتز بقوة على جدرانها. في المقابل، تُمتز جزيئات النيتروجين بشكل طفيف نظرًا لبطء انتشارها وضعف تفاعلها مع المسام الدقيقة. تتدفق هذه الجزيئات صعودًا على طول طبقة الامتزاز، ثم تُصرّف من أعلى البرج على شكل نيتروجين نقي بنسبة 99.9% إلى 99.999%، والذي يُجمع ويُخزن.

3. تشبع الامتزاز: "الحالة الحرجة" قبل التحول

مع استمرار عملية الامتزاز، تمتلئ المسام الدقيقة للمنخل الجزيئي الكربوني تدريجيًا بالشوائب مثل جزيئات الأكسجين، حتى تصل سعة الامتزاز إلى حد التشبع. تستغرق هذه العملية عادةً دقيقة واحدة فقط. عندئذٍ، يُحافظ على الضغط داخل البرج عند ضغط الامتزاز، ويُفعّل النظام تلقائيًا أمر التبديل استعدادًا لخطوة الإزالة والتجديد التالية.

ثانيًا: عملية الامتزاز: "طقوس التجديد" بعد تخفيف الضغط

يُعدّ الإزالة (أو التحلل) خطوةً أساسيةً في عملية فصل الشوائب الممتصة في المناخل الجزيئية الكربونية، وذلك لتحريرها واستعادة قدرتها على الامتصاص، ويعتمد مبدأها الأساسي على "كسر توازن الامتصاص عن طريق خفض الضغط". وبالمثل، عند أخذ برج واحد كمثال، تُقسّم عملية الإزالة إلى أربع خطوات لضمان التجديد الكامل:

1. معادلة الضغط وتخفيض الضغط: "حلقة وصل انتقالية" لإعادة تدوير الطاقة

تتوقف وحدة امتصاص الهواء في البرج المشبع، ثم تُوصل لفترة وجيزة (من 10 إلى 30 ثانية تقريبًا) بوحدة أخرى ذات ضغط أقل عند انتهاء عملية إزالة الامتصاص، وذلك لتحقيق معادلة الضغط. لا تُسهم هذه الخطوة في خفض ضغط البرج المشبع بسرعة فحسب، بل تُعيد أيضًا جزءًا من طاقة الضغط لتعزيز ضغط البرج الآخر، مما يُحقق توازنًا بين الكفاءة وترشيد استهلاك الطاقة.

2. الامتزاز والطرد: "قناة إطلاق" الشوائب

بعد معادلة الضغط، يتم توصيل البرج المشبع بالهواء الجوي عبر صمام عادم، فينخفض ​​الضغط بشكل حاد إلى ما يقارب الضغط الجوي. عند هذه النقطة، يختل توازن الامتزاز داخل المسام الدقيقة للمنخل الجزيئي الكربوني، وتنفصل الشوائب الممتزة سابقًا، مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، عن جدران المسام وتُطرد خارج البرج مع تدفق الهواء (يتكون غاز العادم بشكل أساسي من الأكسجين ويمكن إطلاقه مباشرة).

3. تحسين التدفق: "خطوة أساسية" للتنظيف العميق

لإزالة الشوائب المتبقية في البرج تمامًا وتجنب التأثير على عملية الامتزاز اللاحقة، يُدخل النظام ما بين 5% و15% من نيتروجين المنتج لغسل برج الامتزاز عكسيًا. يعمل النيتروجين عالي النقاوة على إزاحة غاز العادم المحتوي على الأكسجين المتبقي في البرج، مما يزيد من نشاط الامتزاز للمنخل الجزيئي الكربوني.

4. التحضير لزيادة الضغط: الاستعداد للدورة التالية

بعد عملية التنظيف، يُعاد رفع ضغط البرج المُزال منه المادة الممتصة إلى ضغط الامتزاز عن طريق معادلة الضغط أو إضافة هواء مضغوط، وبذلك تكتمل عملية التجديد بالكامل. ثم ينتظر البرج ليتبادل مكانه مع البرج الآخر ويبدأ دورة الامتزاز التالية.

لأي استفسارات أو أسئلة، تفضلوا بزيارتنا على www.carbon-cms.com.