कोयला रसायन उद्योग में पूर्व-सल्फाइडीकृत सल्फर-प्रतिरोधी कैटालिस्टों का उपयोग

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संक्षिप्त सारांश: पूर्व-सल्फरीकरण योग्य, सल्फर-प्रतिरोधी रूपांतरण कारकों के विकास के बाद, इनका उपयोग कोयला-रसायन उद्योग में भी किया जा रहा है।
मुख्य शब्द: पूर्व-सल्फरीकरण, सल्फर-प्रतिरोधी रूपांतरण कारक, उत्प्रेरक गतिविधि।
1. परिचय: कोबाल्ट-मोलिब्डेनम आधारित सल्फर-प्रतिरोधी रूपांतरण कारकों का उपयोग मध्यम एवं छोटे नाइट्रोजन उर्वरक उत्पादन संयंत्रों में व्यापक रूप से किया जाता है। इनका उपयोग करने से पहले इन कारकों को उच्च तापमान पर सल्फरीकृत करना आवश्यक है; इसके लिए आमतौर पर CS2 या H2S का उपयोग सल्फरीकरण हेतु किया जाता है। लेकिन स्थल पर सल्फरीकरण के दौरान अक्सर गलत संचालन के कारण उत्प्रेरक का तापमान बढ़ जाता है, जिससे उत्प्रेरक की कार्यक्षमता प्रभावित हो जाती है। गंभीर मामलों में तो पूरा उत्प्रेरक ही ज्वलनशील हो जाता है। इसके अलावा, CS2 एवं H2S जीव-जंतुओं के लिए हानिकारक होते हैं; खासकर CS2, जो संचालन करने वाले कर्मचारियों के लिए बहुत ही खतरनाक है। ； इसके अलावा, स्थल पर ही सल्फरीकरण करने में न केवल समय, गैस, बिजली, सल्फरीकरण एजेंट आदि की आवश्यकता होती है, बल्कि सामान्य उत्पादन प्रक्रिया शुरू करने में भी 2–3 दिन लग जाते हैं। इसलिए, सल्फर-प्रतिरोधी एवं कम परिवर्तनशीलता वाले नए प्रकार के उत्प्रेरकों का विकास करना बहुत ही आवश्यक है। हमारा कारखाना, कोयले को कच्चे माल के रूप में उपयोग करके प्रति वर्ष 4 लाख टन सिंथेटिक अमोनिया एवं 7 लाख टन यूरिया उत्पन्न करता है। इस परियोजना में कोयले को कच्चे माल के रूप में उपयोग किया जाता है, एवं वॉटर-कोयला स्लरी को दबाव देकर गैसीकृत करके कच्ची संश्लेषित गैस तै गैसीकरण प्रणाली से आने वाली कच्ची संश्लेषित गैस, रूपांतरण उपकरण में जाती है; वहाँ इसका पूर्ण रूपांतरण करके संश्लेषित अमोनिया उत्पन्न की जाती है। पूरी तरह से परिवर्तित होने के बाद, इस मोटे संश्लेषित गैस को कम तापमान पर मेथनॉल का उपयोग करके शुद्ध किया जाता है; इसके बाद इसे तरल नाइट्रोजन का उपयोग करके और अधिक शुद्ध किया जाता है, ताकि यह अमोनिया निर्माण हेतु उपयुक्त गैस बन सके। इसके बाद इस गैस का उपयोग अमोनिया निर्माण उपकरणों में करके तरल अमोनिया प्राप्त किया जाता है। अंत में, इस तरल अमोनिया का उपय कोयला, डंप तेल आदि सामग्रियों से निर्मित सिंथेटिक अमोनिया उत्पादन हेतु उपयोग में आने वाली गैसों में बड़ी मात्रा में CO (12–49%) होता है। कार्बन मोनोऑक्साइड, सिंथेटिक अमोनिया उत्पादन हेतु आवश्यक कच्चा माल नहीं है; इसके अलावा, यह अमोनिया उत्पादन हेतु उपयोग में आने वाले उत्प्रेरकों के लिए हानिकारक भी है। इसलिए, मोटे संश्लेषित गैस को अमोनिया उत्पादन उपकरणों में भेजने से पहले उसमें मौजूद कार्बन मोनोऑक्साइड को हटाना आवश्यक है। हमारी कंपनी के गैसीकरण उपकरणों में GEGP वॉटर-कोयला स्लरी कूलिंग प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है; इसके अनुरूप, रूपांतरण उपकरणों में सल्फर-प्रतिरोधी रूपांतरण प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है। पहले, हमारी कंपनी ने मार्च 2014 के अंत में पहले रूपांतरण भट्ठी में उपयोग होने वाले कैटालिस्टों को बदल दिया। बदले गए कैटालिस्ट भी “सल्फर-प्रतिरोधी कैटालिस्ट” ही थे। कैटालिस्टों को सल्फरीकृत करने हेतु गैसीकृत कच्चे ईंधन का ही उपयोग किया गया। सल्फरीकरण की प्रक्रिया को तेज करने हेतु, गैसीकृत कोयले के मिश्रण में सल्फर मिलाया गया। सल्फरीकरण हेतु आवश्यक समय 43 घंटे रहा। ； 15 टन सल्फर की आवश्यकता है (अनुमानित मात्रा 10 टन)। ； सल्फरीकरण प्रक्रिया शुरू होने पर, बेड का तापमान 250℃ होता है। सल्फरीकरण के दौरान, तापमान ज्यादातर समय 250-300℃ के बीच ही रहता है। 0.4 MPa दबाव पर सल्फरीकरण के दौरान तापमान का अधिकतम मान 320℃ होता है।℃ ； सल्फरीकरण चरण के दौरान, R1502 के इनपुट तापमान को 130-150℃ के बीच ही बनाए रखा गया; इससे R1502 के उत्प्रेरक की अच्छी तरह से रक्षा हुई। द्वितीय, सल्फर-प्रतिरोधी उत्प्रेरकों का संक्षिप्त परिचय: “उपकरण-बाहरी पूर्व-सल्फरीकरण तकनीक” वह प्रक्रिया है, जिसमें औद्योगिक उपकरणों में उपयोग होने वाले ताज़े कोबाल्ट-मोलिब्डेनम आधारित उत्प्रेरकों को उपयोग में लाने से पहले ही पूर्व-सल्फरीकृत किया जाता है। इसमें विशेष औद्योगिक प्रक्रियाओं का उपयोग करके सल्फरीकरण एजेंटों को किसी विशेष सल्फाइड रूप में उत्प्रेरकों के सक्रिय घटकों, अर्थात् कोबाल्ट एवं मोलिब्डेनम के साथ जोड़ा जाता है; इस प्रकार ऑक्सीकृत अवस्था वाले उत्प्रेरकों को सल्फरीकृत अवस्था में बदल दिया जाता है। प्री-सल्फराइज्ड कैटालिस्ट, मैग्नीशियम-एल्यूमिनियम स्पिनेल को वाहक के रूप में उपयोग करने वाला एक प्रकार का कैटालिस्ट है। इसका उपयोग भारी तेल, गंदा तेल, एस्फाल्ट, कोयले के अवशेष आदि जैसी सामग्रियों से गैस उत्पन्न करने हेतु किया जाता है। यह कोबाल्ट-मोलिब्डेनम आधारित CO सल्फर-प्रतिरोधी कैटालिस्ट है, जो विभिन्न तापमानों, सल्फर सांद्रताओं एवं जलवाष्प अनुपातों में भी कार्य कर सकत इस उत्प्रेरक की सक्रियता एवं मजबूती दोनों ही उच्च स्तर पर है। “पूर्व-सल्फरीकरण” तकनीक के उपयोग से, उत्प्रेरक में मौजूद सक्रिय घटकों – कोबाल्ट एवं मोलिब्डेनम – सल्फाइड ऑफ कोबाल्ट एवं सल्फाइड ऑफ मोलिब्डेनम के रूप में मौजूद होते हैं। इसके उपयोग हेतु केवल नाइट्रोजन गैस का उपयोग करके तापमान बढ़ाना होता है; तापमान उचित स्तर पर पहुँचने के बाद ही गैस प्रवाहित की जा सकती है। प्री-सल्फराइज्ड सल्फर-प्रतिरोधी कैटालिस्ट में कोई आल्कली धातु नहीं होती; इसमें ऐसे पदार्थ भी नहीं होते जो उपकरणों या मनुष्यों के लिए हानिकारक हों। तापन प्रक्रिया के दौरान केवल थोड़ा ही पानी उत्पन्न होता है, जो प्रक्रिया से निकलने वाली गैसों के साथ ही बाहर निकल जाता है; इससे उपकरणों को कोई नुकस इसकी तकनीकी विशेषताएँ निम्नलिखित हैं: 1. यांत्रिक मजबूती एवं स्थिरता उच्च है। 2. उच्च सक्रियता, पानी के प्रभावों का अच्छा प्रतिरोध।
3. चयनात्मकता एवं सक्रियता में स्थिरता अच्छी है।
4. उच्च गति एवं विस्तृत जलवाष्प अनुपात की परिस्थितियों में भी अच्छी कार्यक्षमता; संचालन में लचीलापन अधिक है।
III. वास्तविक उत्पादन में “पूर्व-सल्फाइडीकृत, सल्फर-प्रतिरोधी रूपांतरण कारक” का उपयोग
हमारे कारखाने ने जनवरी 2015 में दूसरे रूपांतरण भट्ठी में प्रयोग होने वाले कारकों को बदल दिया। इस बार प्रयोग में आया कारक “पूर्व-सल्फाइडीकृत, सल्फर-प्रतिरोधी रूपांतरण कारक” ही था। (1) इस बार, दूसरे रूपांतरण भट्ठी को 90°C तक गर्म करने में 12 घंटे लगे; इस तापमान पर भट्ठी को 3 घंटे तक रखा गया। तापमान को 120℃ तक लाने में 9 घंटे लगते हैं, एवं इस स्तर पर तापमान 3 घंटों तक बना रहता है। अंत में, तापमान को 220℃ तक पहुँचाने में कुल 14 घंटे लगे। तापमान 10 घंटों तक स्थिर रहे। (II) गैस प्रवाह: 21 जनवरी को, रात 7:20 बजे पाइपों को गर्म करने की प्रक्रिया शुरू हुई; 3:48 बजे गैस प्रवाह में परिवर्तन किया गया। इस दूसरे रूपांतरण चरण में “पूर्व-सल्फरीकृत सल्फर-प्रतिरोधी उत्प्रेरक” का उपयोग किया गया, इसलिए सल्फरीकरण की कोई आवश्यकता नहीं थी। इस बार गैस प्रवाह हेतु प्रक्रिया-गैस का उपयोग N3 के साथ मिलाकर किया गया। शुरुआत में नाइट्रोजन गैस की मात्रा 17000 Nm3/घंटा रखी गई, एवं गैस प्रवाह के दौरान सिस्टम का दबाव 0.25 Mpa पर बनाए रखा गया। गैस प्रवाह पूरा होने के बाद, बेड-लेयर का अधिकतम तापमान 310°C तक पहुँच गया। इस बार गैस प्रवाह हेतु कुल 8 घंटे 28 मिनट का समय लगा। पहले वाले रूपांतरण भट्ठी में सल्फरीकरण एवं गैस प्रवाह हेतु आवश्यक 43 घंटों की तुलना में, 35 घंटे 30 मिनट की बचत हुई। गैस प्रवाहित करते समय, ट्रांसफॉर्मेशन वेंट को मैनुअल मोड में सेट कर दें। जैसे-जैसे गैस की मात्रा बढ़ती है, धीरे-धीरे ट्रांसफॉर्मेशन सिस्टम के वेंट वाल्व को खोलें, ताकि सिस्टम का दबाव लगभग 0.25 MPa बना रहे। यदि बेडलेयर का तापमान बहुत तेज़ी से बढ़ जाता है, तो N3 की मात्रा बढ़ाकर, एवं गैसों के प्रवाह की दर बढ़ाकर ऊष्मा को पीछे धकेला जा सकता है; इससे बेडलेयर का तापमान स्थिर रहता है। साथ ही, बेड-लेयर के तापमान के आधार पर गैस के प्रवाह की गति को उचित रूप से नियंत्रित किया जाना चाहिए; प्रक्रिया में उपयोग होने वाली गैस की मात्रा को धीरे-धीरे बढ़ाया जाना चाहिए, जब तक क ट्रांसफॉर्मेशन प्रक्रिया पूरी होने के बाद, सामान्य संचालन के दौरान, दूसरे ट्रांसफॉर्मेशन रिएक्टर में तापमान वृद्धि मुख्य रूप से ऊपरी हिस्से में होती है; पूरे रिएक्टर का तापमान 20°C तक बढ़ जाता है। आउटलेट पर CO की मात्रा लगभग 0.7% होती है, एवं ट्रांसफॉर्मेशन सिस्टम से निकलने वाली गैस में CO की मात्रा मानक सीमा के भीतर ही होती है। इससे यह स्पष्ट होता है कि कैटालिस्ट की गतिशीलता अच्छी है। दूसरे ट्रांसफॉर्मेशन फर्नेस के कैटलिस्ट को बदलने से पहले के आंकड़े:
समय: 12.22, 12.23, 12.24, 12.25, 12.26, 12.27, 12.28
CO की मात्रा: 1.41, 1.46, 1.48, 1.34, 1.22, 1.34, 1.63

दूसरे ट्रांसफॉर्मेशन फर्नेस के कैटलिस्ट को बदलने के बाद के आंकड़े:
समय: 1.25, 1.26, 1.27, 1.28, 1.29, 1.30, 1.31
CO की मात्रा: 0.77, 0.76, 0.71, 0.79, 0.76, 0.78, 0.79

कैटलिस्ट बदलने के बाद कुछ समय तक चलाने के बाद के आंकड़े:
समय: 3.28, 3.29, 3.30, 3.31, 4.1, 4.2, 4.3
CO की मात्रा: 0.86, 0.88, 0.88, 0.89, 0.85, 0.84, 0.78

ऊपर दिए गए आंकड़ों से पता चलता है कि कैटलिस्ट बदलने से पहले दूसरे ट्रांसफॉर्मेशन फर्नेस से निकलने वाली गैस में CO की मात्रा लगभग 1.4% थी। कैटलिस्ट बदलने के बाद यह मात्रा 0.7-0.8% रही। दो महीने तक चलाने के बाद यह मात्रा लगभग 0.85% रही। गैसीकरण प्रक्रिया के कारण प्रक्रियात्मक गैस में जलवाष्प का अनुपात बदल जाता है; इस कारण ट्रांसफॉर्मेशन प्रक्रिया के बाद प्राप्त होने वाली प्रक्रियात्मक गैस में CO की मात्रा में कभी-कभी परिवर्तन हो जाता है इस बार, उत्पादन प्रक्रिया शुरू करने में लगने वाले समय को कम करने हेतु हमारे कारखाने ने दूसरे रूपांतरण भट्ठी में प्रयोग होने वाले उत्प्रेरक को बदलकर “पूर्व-सल्फरीकरण योग्य सल्फर-प्रतिरोधी उत्प्रेरक” का उपयोग किया। सल्फरीकरण की आवश्यकता न होने के कारण रूपांतरण प्रक्रिया और भी आसान हो गई; इससे लगभग 35 घंटों की बचत हुई। साथ ही, प्रदूषण भी कम हुआ, संचालन आसान हो गया, एवं सुरक्षा संबंधी जोखिम भी कम हो गए। दीर्घकालिक संचालन के दौरान इस उत्प्रेरक की उत्प्रेरकीय क्षमता उत्पादन की आवश्यकताओं को पूरा करने हेतु पूरी तरह पर्याप्त साबित हुई। चौथा, निष्कर्ष:
1. कोयला-रसायन उत्पादन में पूर्व-सल्फरीकरण उत्प्रेरकों का उपयोग करना संभव है।
2. पूर्व-सल्फरीकरण उत्प्रेरकों का उपयोग करने से उपकरणों को शुरू करने में आसानी होती है; इससे शुरूआती समय 2/3 तक कम हो जाता है (जिससे सल्फरीकरण संबंधी लागतें भी कम हो जाती हैं)।
3. ऐसे उत्प्रेरकों के उपयोग से प्रदूषण कम होता है, संचालन आसान हो जाता है, एवं सुरक्षा संबंधी जोखिम भी कम हो जाते हैं; जिससे पूरा उपकरण अधिक सुरक्षित एवं विश्वसनीय तरीके से कार्य कर पाता है।