منخل جزيئي لفصل الهواء

عند فصل مخاليط الغازات صناعيًا التي يمكنها امتصاص الغازات، تتمتع عملية الامتصاص بمزايا كبيرة. وفي الوقت الحاضر، وبفضل تطور تكنولوجيا الامتصاص وظهور مواد امتصاص جديدة، تُستخدم عملية الامتصاص في وحدات فصل الهواء المبردة، وفي أنظمة الامتصاص بالتأرجح عند الضغط الجوي لإنتاج الأكسجين والنيتروجين، وقد أصبح استخدام هذه المعدات خيارًا روتينيًّا. في فصل الهواء بالتبريد الفائق، تُستخدم مواد الامتصاص ذات المنخل الجزيئي في أنظمة تنقية الهواء، بحيث يقل محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء عن 1 جزء في المليون، ويقل محتوى الماء عن 5 أجزاء في المليون. كما أصبحت عملية استخدام المنخل الجزيئي لإنتاج الأكسجين والنيتروجين من الهواء عن طريق الامتصاص بالتأرجح الضغطي في درجة حرارة الغرفة جهازًا آخر لفصل الهواء.

ووفقًا لحجم وحدة فصل الهواء بالتبريد الفائق، يمكن تقسيمها إلى جهاز امتصاص ذي تدفق شعاعي رأسي وجهاز امتصاص ذي تدفق شعاعي أفقي.

1. رسم تخطيطي لمُمتص بالمنخل الجزيئي ذي التدفق الشعاعي الأفقي:

يتم تحميل المادة الماصة في المنخل الجزيئي الأفقي من خلال فتحات الصيانة العلوية الموجودة في كلا الطرفين؛ حيث تتكون الطبقة السفلية من الألومينا لإزالة الرطوبة من الهواء، بينما تتكون الطبقة العلوية من المنخل الجزيئي لإزالة ثاني أكسيد الكربون والأسيتيلين والهيدروكربونات الأخرى، ويتم الفصل بين الطبقتين بواسطة حاجز. أنبوب مخرج الهواء الخاص بالمنخل الجزيئي مزود بموزع غاز وخرطوشة مرشح غبار، بينما أنبوب مدخل الهواء مزود بحاجز يوزع الغاز بشكل متساوٍ.

     المزايا: تقنية متطورة، وبنية وتصميم عملية بسيطان، وسهولة في الصيانة.

     العيوب: مساحة أرضية كبيرة، مقاومة تشغيل كبيرة، معدل تدفق بطيء، توزيع غير متساوٍ للهواء، استهلاك مرتفع للطاقة.

2. رسم تخطيطي لمُمتص بالمنخل الجزيئي ذي التدفق الشعاعي الرأسي:

        يتكون جهاز الامتصاص الرأسي من غلاف خارجي وشبكة ثلاثية الطبقات وأنبوب مركزي. يتم تركيب الألومينا المنشطة في الطبقة الفاصلة بين الشبكة الخارجية والشبكة الوسطى، بينما يتم تركيب المنخل الجزيئي في الطبقة الفاصلة بين الشبكة الوسطى والشبكة الداخلية. ويتم تحمل وزن جميع الألومينا والمناخل الجزيئية بواسطة شبكة ثلاثية الطبقات معلقة على الرأس العلوي. الجزء العلوي من الأسطوانة مزود بأنبوب تعبئة لملء الألومينا والمناخل الجزيئية.

        عندما يعمل جهاز تنقية الهواء، يدخل الهواء من الأسفل، ويمر أولاً عبر طبقة الألومينا لإزالة الرطوبة الموجودة في الهواء، ثم يمر عبر طبقة المنخل الجزيئي لإزالة ثاني أكسيد الكربون والأسيتيلين والهيدروكربونات الأخرى، ويتم تصريفه من الجزء العلوي للحاوية عبر المرشح.

        عند إعادة تجديد جهاز التنقية، يدخل النيتروجين الملوث من الصندوق البارد من الجزء العلوي للحاوية ويتم تصريفه من الجزء السفلي، في اتجاه معاكس لاتجاه الامتصاص. لا يعمل الأسطوانة المركزية كمرشح فحسب، بل إن البنية الخاصة الموجودة في الوسط تضمن أن الهواء المتدفق للأمام أو الهواء المتدفق عائداً بعد التجديد يكون لهما نفس سرعة الغاز في كل قسم، بحيث تكون سرعة الامتصاص وسعة الامتصاص لكل جزء من طبقة الامتصاص على طول الاتجاه المحوري متجانستين، كما يكون وقت تشبع الامتصاص هو نفسه.

    المزايا: توزيع متساوٍ للهواء، حجم صغير، مقاومة منخفضة، معدل تدفق سريع، واستهلاك منخفض للطاقة.

العيوب: بنية معقدة، وتصميم عملية معقد، وتكلفة تصنيع مرتفعة، وصعوبة في الصيانة.

نظرًا لأداء الامتصاص الذي يتميز به المنخل الجزيئي 13X، فإنه قادر على امتصاص الماء وثاني أكسيد الكربون من الهواء لفترة طويلة، ويُصنف امتصاصه ضمن نوع الفصل التوازني.

تُستخدم المناخل الجزيئية من سلسلة JLPM من شركة «جالون» بشكل أساسي في التجفيف المبرد للغازات الصناعية العامة. ويقوم نظام التنقية في وحدة فصل الهواء بإزالة H₂O وCO₂، بالإضافة إلى إزالة الكبريت من الغاز الطبيعي والهيدروكربونات الأخرى (إزالة H₂S والمركابتانات) وCO₂.

ومن الجدير بالذكر أن شركة «نورث كوبر» المحدودة (North Copper Co. LTD)، في مصهر يوانكو، قامت بإجراء صيانة شاملة لوحدة فصل الهواء باستخدام غربال جزيئي عالي الكفاءة، حيث تستخدم مشاريع الألومينا المنشطة غربال جزيئي «جيانلونغ JLPM» من الجيل الخامس لفصل الهواء بالتبريد. تم استبدال المنخل الجزيئي للمعدات في 12 أبريل 2020، ودخلت الخدمة في 26 أبريل. ومن 5 مايو إلى 8 مايو، بعد 72 ساعة من التشغيل بكامل الحمولة، استقر مستوى ثاني أكسيد الكربون (CO₂) عند مخرج جهاز الامتصاص بالمنخل الجزيئي عند 0.2-0.3 جزء في المليون (ppm)، وهو ما يلبي متطلبات العميل بأن يكون مستوى ثاني أكسيد الكربون (CO₂) أقل من أو يساوي 1 جزء في المليون (ppm). تم تمديد دورة الامتصاص من 4 ساعات إلى 8 ساعات، مما أدى إلى تقليل عدد عمليات تجديد جهاز الامتصاص بالمنخل الجزيئي من 6 إلى 3، وهو ما لا يطيل عمر خدمة صمامات المعدات والمنخل الجزيئي فحسب، بل يقلل أيضًا من الحمل الكهربائي، ويحقق تأثيرًا كبيرًا في توفير الطاقة.

المنخل الجزيئي عالي الأداء من الجيل الخامس JLPM من شركة Jalon هو منخل جزيئي من نوع X-crystal مناسب لأجهزة التنقية المسبقة للهواء. فهو لا يقتصر على امتصاص ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء بكفاءة فحسب، بل يتمتع أيضًا بخصائص ديناميكية وفيزيائية جيدة. في ظل ظروف التشغيل القياسية، يعمل JLPM عادةً بشكل تآزري مع الألومينا، ويتمتع بقدرة امتصاص عالية جدًّا لبخار الماء وثاني أكسيد الكربون. وبدلاً من المنخل الجزيئي 13X، يمكن مضاعفة دورة الامتصاص بعد تحسين عملية التعبئة.

وبخلاف ذلك، فإن المنخل الجزيئي عالي الأداء من الجيل الخامس JLPM سيحقق فوائد متعددة لمصممي ومشغلي وحدات فصل الهواء. ففيما يتعلق بتصميم وحدات فصل الهواء الجديدة، يمكن أن يؤدي استخدام المنخل الجزيئي JLPM إلى تقليص المساحة المطلوبة لوحدات فصل الهواء، مما يقلل من تكاليف الاستثمار في المعدات وتكاليف التشغيل؛ أما فيما يتعلق بتحديث المعدات القديمة، فإن استبدال المنخل الجزيئي JLPM يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة ويطيل العمر التشغيلي للمعدات.