الصناعة
مولدات الأكسجين بتقنية PSA مقابل مولدات الأغشية
إجابة مختصرة
تعطي مراجعة لتقنيات فصل الهواء صدرت عام 2001 (Smith و Klosek، مجلة Fuel Processing Technology) محطات الامتزاز (PSA أو VSA عادةً) حدًّا للنقاء قدره 95% حجمًا، والأغشية البوليمرية نحو 40% حجمًا، وتشير إلى أن أنظمة الأغشية تقتصر عادةً على إنتاج هواء مخصب بالأكسجين.
تصنّف المراجعة كلتا التقنيتين ضمن العمليات غير المعتمدة على التبريد العميق، لكنهما تفصلان الهواء بطريقتين مختلفتين. ففي محطة الامتزاز، يمر الهواء عبر طبقة من الزيوليت تحتجز النيتروجين، ويخرج من الطبقة تيار غني بالأكسجين؛ ويُعدّ تجديد الطبقة بخفض الضغط (PSA أو VSA) العملية المفضلة عادةً، لقصر زمن دورتها وبساطة تشغيلها. أما الغشاء البوليمري فيعتمد على انتشار الأكسجين والنيتروجين بمعدلات مختلفة عبر غشاء يفصل بين تيار عالي الضغط وتيار منخفض الضغط؛ ومعظم مواد الأغشية أكثر نفاذية للأكسجين منها للنيتروجين.
كيف تقارن بينهما مراجعة 2001
| Smith و Klosek (2001) | الامتزاز (PSA أو VSA عادةً) | الغشاء البوليمري |
|---|---|---|
| المنتج المعتاد | أكسجين، عادةً من 93 إلى 95% حجمًا | هواء مخصب بالأكسجين |
| حد النقاء (أقصى نقاء يُنتج اقتصاديًا) | 95% حجمًا | نحو 40% حجمًا |
| النطاق الاقتصادي | أقل من 150 طنًا قصيرًا يوميًا (sTPD) | أقل من 20 sTPD |
| الوضع في 2001 | شبه ناضجة | شبه ناضجة |
| زمن التشغيل الأولي | دقائق | دقائق |
وتضيف المراجعة أن جميع هذه التقنيات يمكنها إنتاج درجات نقاء أدنى من حدها، بتعديل ظروف العملية أو بخلط أكسجين أنقى بالهواء، وأن أنظمة الامتزاز والأغشية، الأقل كفاءة لكن الأقل تعقيدًا، تُفضَّل عند معدلات الإنتاج المنخفضة.
فروق عملية تذكرها المراجعة
- تعمل الأغشية بعملية بسيطة ومستمرة قرب الظروف المحيطة: إذ يتغلب نافخ هواء على انخفاض الضغط، وتحافظ مضخة تفريغ عادةً على فرق الضغط عبر الغشاء وتزوّد الأكسجين.
- يظهر ثاني أكسيد الكربون والماء عادةً في منتج الأغشية، لأن معظم مواد الأغشية أكثر نفاذية لهما منها للأكسجين. وتضع المراجعة الأغشية في تطبيقات تصل إلى 20 طنًا يوميًا حيث يمكن تحمّل هذه الملوثات.
- يمنح التشغيل قرب الظروف المحيطة الأغشية تشغيلًا أوليًا سريعًا، تراه المراجعة جذابًا بصفة خاصة حيث يكون استخدام الأكسجين متقطعًا.
- في محطات الامتزاز، يكون حجم الطبقة العامل الحاسم في التكلفة الرأسمالية، وترتفع التكلفة الرأسمالية مع معدل الإنتاج أسرع مما في محطات التبريد العميق.
تعود هذه الأرقام إلى عام 2001. وقد أشارت المراجعة نفسها إلى أن تحسينات مواد الأغشية قد تجعل الأغشية جذابة لاحتياجات أكسجين أكبر نوعًا ما.
الأكسجين الطبي
للاستخدام الطبي، يعرّف دستور الأدوية الدولي (الطبعة الثالثة عشرة، 2025) الأكسجين 93% بأنه أكسجين يُنتج من الهواء المحيط بالامتزاز بتأرجح الضغط (PSA) أو بالامتزاز بتأرجح التفريغ (VSA). انظر PSA مقابل فصل الهواء بالتبريد العميق للطريق الثالث.
موقع محطات Ultra Controlo
تزوّد محطات المستشفيات ULTRAOX SC و ST الأكسجين بنقاء 94% (±1%) وفق نشراتها الفنية، باستخدام وحدات ULTRACON بتقنية PSA ذات عمودين. ويستخدم الخط الصناعي ULTRAOX VSA الامتزاز بتأرجح التفريغ ويزوّد أكسجينًا بنقاء من 75% إلى 95% بضغط 50 kPa.
أسئلة أخرى
أيهما يبدأ التشغيل أسرع، محطة PSA أم نظام الأغشية؟
تعطي مراجعة Smith و Klosek لعام 2001 زمن تشغيل أولي يُقاس بالدقائق لأنظمة الامتزاز والأغشية كلتيهما، مقابل ساعات لمحطات التبريد العميق.
هل يحتوي أكسجين الأغشية على رطوبة؟
يشير Smith و Klosek (2001) إلى أن ثاني أكسيد الكربون والماء يظهران عادةً في الهواء المخصب بالأكسجين الناتج عن الأغشية، لأن معظم مواد الأغشية تسمح بمرورهما أسرع من الأكسجين.
المصادر
- Smith A.R., Klosek J., A review of air separation technologies and their integration with energy conversion processes, Fuel Processing Technology 70 (2001) 115-134، القسمان 2 و 4 والجدول 1 (نسخة مستضافة لدى US DOE NETL)
- The International Pharmacopoeia، الطبعة الثالثة عشرة (2025)، Medicinal oxygen
- النشرة الفنية لـ ULTRAOX SC، ص. 2
- النشرة الفنية لـ ULTRAOX ST، ص. 2
- النشرة الفنية لـ ULTRACON، ص. 2
- النشرة الفنية لـ ULTRAOX VSA، ص. 2
أرقام Ultra Controlo مأخوذة من نشراتها الفنية. وقد قُرئت معلومات الجهات الأخرى من مصدرها في التاريخ المذكور.