रिफाइनिंग प्रक्रिया में उपयोग होने वाले उत्प्रेरकों के विषाक्त होने के कारण एवं

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तेल शोधन प्रक्रिया में, अभिक्रिया हेतु उपयोग में आने वाली सामग्री में मौजूद सूक्ष्म अशुद्धियों के कारण उत्प्रेरकों की कार्यक्षमता एवं चयनात्मकता में काफी कमी आ जाती है; इसे सामान्य भाषा में “उत्प्रेरकों का विषाक्त होना” कहा जाता है। उत्प्रेरकों के विषाक्त होने की प्रकृति, सूक्ष्म अशुद्धियों एवं उत्प्रेरकों के सक्रिय केंद्रों के बीच होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कारण है; इसके परिणामस्वरूप ऐसे अणु बन जाते हैं जो सक्रिय नहीं रहते। गैस-ठोस बहुफेजीय उत्प्रेरक अभिक्रियाओं में अवशोषित संयुग ही बनते हैं। एक प्रकार वह है, जिसमें यदि विष, सक्रिय घटकों के साथ कमजोर तरीके से प्रतिक्रिया करता है, तो सरल तरीकों से उस सक्रियता को पुनः प्राप्त किया जा सकता है; ऐसी स्थिति को “पुनर्संभव विषाक्तता” या “अस्थायी विषाक्तता” कहा जाता है। दूसरी श्रेणी में ऐसा विषाक्तता होता है, जिसे सरल तरीकों से ठीक नहीं किया जा सकता। खनिज तेल में कई भारी धातुएँ एवं अन्य प्रदूषक होते हैं, जैसे निकल, वैनेडियम, लोहा, सिलिकॉन, आर्सेनिक, फॉस्फोरस, कैल्शियम एवं सोडियम। इन प्रदूषकों की मात्रा प्रसंस्कृत खनिज तेल में केवल ppm या यहाँ तक कि ppb स्तर पर होती है; लेकिन इनका प्रभाव बहुत ही गंभीर होता है। क्योंकि ये प्रदूषक विभिन्न तरीकों से सक्रिय उत्प्रेरकों पर अपरिवर्तनीय रूप से जम जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उत्प्रेरक हमेशा के लिए निष्क्रिय हो जाता है, एवं पुनर्स्थापना के बाद भी उसकी सक्रियता वापस नहीं आ पाती। धात्विक प्रदूषकों से युक्त भारी डिस्टिलेट ऑयल, आमतौर पर कैटालिटिक फ्यूजन, हाइड्रोजनीकरण एवं लुब्रिकेंट हाइड्रोजनीकरण उपकरणों के लिए कच्चा माल होता है; इसलिए यह ऐसे उपकरणों के दीर्घकालिक संचालन हेतु एक महत्वपूर्ण समस्या भी है। वैनेडियम एवं निकल मुख्य रूप से कच्चे तेल के एस्फाल्टीन घटकों में पाए जाते हैं। आम तौर पर, ये धातु-प्रजातियाँ स्लैग ऑयल में ही पाई जाती हैं; लेकिन कुछ ऐसी भी हैं जो 350℃ से अधिक तापमान वाले भारी डिस्टिलेट ऑयलों में भी मौजूद होती हैं। वैनेडियम, निकल या लोहे युक्त कच्चा तेल, जब डी-प्रेशर गैस ऑयल हाइड्रोजनीकरण उपकरण में जाता है, तो यह उपकरण के संचालन चक्र पर गंभीर प्रभाव डालता है। क्योंकि इन उपकरणों की अपेक्षाकृत उच्च गति (सल्फरयुक्त तेलों के हाइड्रोजनीकरण की तुलना में), धातुओं को उच्च सक्रियता वाले मुख्य उत्प्रेरक स्तर में पहुँचने का कारण बन सकती है। लोहा मुख्य रूप से उत्प्रेरक की सतह पर ही जमा होता है, जबकि निकल एवं वैनेडियम मुख्य रूप से उत्प्रेरक की छिद्र-संरचना में ही जमा होते हैं। इस समस्या को हल करने हेतु, मुख्य उत्प्रेरक-स्तर के ऊपर ऐसे उच्च-सक्रिय धातु-अवशोषक उत्प्रेरकों का उपयोग आवश्यक है। उत्प्रेरकों के लिए, धातुओं को प्रभावी ढंग से हटाने हेतु उच्च सतह-आयतन अनुपात वाली संरचना एवं बड़ा औसत छिद्र-आकार आवश्यक होता है। आर्सेनिक, वास्तव में एक विषाक्त उत्प्रेरक है; क्योंकि यह उत्प्रेरकीय क्रियाओं में भाग लेने वाले पदार्थों (जैसे उत्प्रेरकों में पाया जाने वाला निकल एवं कोबाल्ट) को NiAs या CoAS में बदल देता है। विषाक्तता के कारण उत्पन्न हुए सक्रिय केंद्र पुनः जीवित नहीं हो पाते; और भले ही उत्प्रेरक पर ऐसे केंद्रों की संख्या बहुत कम ही क्यों न हो, फिर भी यह उत्प्रेरक की कार्यक्षमता को प्रभावित करता है। सिलिकॉन की उपस्थिति कभी-कभी डिस्टिल्ड तेलों में भी पाई जाती है; यह आमतौर पर रिफाइनरियों में उपयोग होने वाले फोम-रिड्यूसर्स, एवं तेल के परिवहन एवं तृतीयक तेल निष्कर्षण की प्रक्रियाओं में उपयोग होने वाले रसायनों से आता है। सिलिकॉन, उत्प्रेरक की सतह के साथ अभिक्रिया करके सिलिका जेल बनाता है; इससे उत्प्रेरक के सक्रिय केंद्रों का उपयोग असंभव हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उत्प्रेरक निष्क्रिय हो जाता है। सिलिकॉन, उत्प्रेरक की सूक्ष्म छिद्रों में प्रवेश कर जाता है; इसके परिणामस्वरूप, उत्प्रेरक की कार्यक्षमता उसमें प्रवेश करने वाले सिलिकॉन की मात्रा बढ़ने के साथ सामान्य तेलों में फॉस्फोरस बहुत कम मात्रा में पाया जाता है, लेकिन कुछ विशेष प्रकार के तेलों, खासकर उन तेलों में जो पुनर्उत्पादन योग्य सामग्रियों से प्राप्त होते हैं, फॉस्फोरस की मात्रा काफी अधिक होती है। इसके अलावा, डीजल एवं डिस्ट्रेस्ड गैस ऑयल के अपचयन उत्पादों में रसायन-रोधी पदार्थों युक्त फॉस्फोरस पाया गया। हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया के दौरान फॉस्फाइड विघटित हो जाते हैं, एवं फॉस्फेट, ऑक्सीजनयुक्त अल्यूमिना के साथ प्रतिक्रिया करके अत्यंत स्थिर अल्यूमिनियम फॉस्फेट बनाते हैं। संचित फॉस्फेट, हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया में उपयोग होने वाले उत्प्रेरकों तक पहुँच को कम कर देता है; इस कारण उन उत्प्रेरकों की कार्यक्षमता भी कम हो जाती है फॉस्फाइड, आमतौर पर, थायोफॉस्फेट, थायोऑस्फोरेट एवं ट्राइब्यूटिल फॉस्फेट जैसे इंजेक्ट किए गए संरक्षक पदार्थों से ही उत्पन्न होते हैं। जब कम दबाव वाला गैस ऑयल को कैटालिटिक कच्चे तेल हाइड्रोजनीकरण उपचार उपकरणों, या हाइड्रोजनीकरण/फ्यूजन उपकरणों के प्री-ट्रीटमेंट रिएक्टरों में भेजा जाता है, तो कार्बनिक फॉस्फाइड्स पर नियंत्रण रखना एक बड़ी चुनौती होती है। फॉस्फोरस, सामान्य उत्प्रेरकों को जल्दी ही निष्क्रिय कर देता है, **जिससे उनका कार्यकाल कम हो जाता है।** कैटलिटिक फ्यूजन एवं हाइड्रोजनीकरण प्रक्रियाओं में कच्चे तेल के पूर्व-शोधन के दौरान सोडियम पाया जाता है; आमतौर पर ऐसा कच्चे तेल में लवणों के अच्छी तरह निकाले न जाने के कारण होता है। ऐसा अकार्बनिक सोडियम, कैटालिस्ट के छिद्रों में आसानी से प्रवेश नहीं कर पाता। आमतौर पर यह कैटालिस्ट की बाहरी सतह पर ही जमा हो जाता है; इससे कैटालिस्ट की कार्यक्षमता प्रभावित होती है, एवं दबाव में वृद्धि हो जाती है। अकार्बनिक लोहा एक आम प्रदूषक है; जंग, ऊपरी स्तर पर स्थित उपकरणों के क्षय के कारण उत्पन्न होता है। इसमें बड़े टुकड़े हो सकते हैं, साथ ही छोटे-छोटे जंग के कण भी हो सकते हैं। बड़े कणों वाला जंग, फिल्टरों, संग्रहकों, एवं बड़े छिद्रों वाली उत्प्रेरक सामग्रियों में आसानी से फंस जाता है। लेकिन, 5–10 माइक्रोमीटर आकार के अकार्बनिक लोहे के कणों पर नियंत्रण रखना बहुत कठिन है; क्योंकि ये कण कच्चे तेल के फिल्टर से होते हुए, उचित बेड-लेयरिंग प्रणाली के बिना ही मुख्य उत्प्रेरक बेड में पहुँच जाते हैं। अकार्बनिक लोहा, उत्प्रेरक की बाहरी सतह पर ही जमा होता है; जब तक कि सुरक्षात्मक उत्प्रेरक के रूप में बड़े छिद्रों वाला डी-मेटलाइज्ड उत्प्रेरक उपयोग में न आए। ऐसी स्थिति में दबाव में वृद्धि हो जाती है। कैल्शियम, जिंक एवं मैग्नीशियम, ये सभी बाहर से आने वाले धातु हैं; कुछ उपकरणों में भी इनकी उपस्थिति पाई गई है। ये धातुएँ विभिन्न प्रकार के अतिरिक्त पदार्थों से आ सकती हैं; कभी-कभी ये कच्चे तेल की पोर्फिरिन संरचना (एस्फाल्ट) में भी पाई जाती हैं। ये प्रदूषक, पुराने लुब्रिकेंट तेलों को नए बेस ऑयल में बदलने वाली मशीनों में बहुत ही आम होते हैं। ये प्रदूषक कैटालिस्ट की सतह पर चिपक जाते हैं, जिससे छिद्रों का उपयोग करना मुश्किल हो जाता है; इसलिए ये मुख्य कैटालिस्ट के लिए हानिकारक होते हैं। इंडक्टिव कपल्ड प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ICD-MS), स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM), इलेक्ट्रॉन माइक्रोप्रोब एनालायजर (EMPA), इलेक्ट्रॉन डिस्पर्शन स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) जैसे आधुनिक उपकरणों का उपयोग करके एकत्र किए गए अपशिष्ट कैटालिस्ट नमूनों का परीक्षण, विश्लेषण एवं मूल्यांकन किया जा सकता है। इससे विभिन्न धातुओं/अशुद्धियों के कारण होने वाले प्रदूषण का पता लिया जा सकता है:
**प्रदूषकों का स्रोत, प्रदूषण की प्रकृति, एवं इसकी गंभीरता:**
– निकल: सल्फाइड के रूप में जमा होकर कैटालिस्ट के छिद्रों को बंद कर देता है।
– वैनेडियम: सल्फाइड के रूप में जमा होकर कैटालिस्ट के छिद्रों को बंद कर देता है।
– लोहा: सल्फाइड के रूप में जमा होकर कैटालिस्ट के छिद्रों को बंद कर देता है।
– आर्सेनिक: कैटालिस्ट के सक्रिय केंद्रों में जमा होकर आर्सेनाइड बनाता है; जिससे कैटालिस्ट नष्ट हो जाता है।
– लोहा: अपक्षय की प्रक्रिया के कारण कैटालिस्ट के छिद्रों में कमी आ जाती है, जिससे दबाव बढ़ जाता है।
– सिलिकॉन: कैटालिस्ट की सतह पर जमा होकर फॉस्फोरस के साथ अभिक्रिया करता है।
– फॉस्फोरस: कैटालिस्ट की बाहरी सतह पर जमा हो जाता है।
– सोडियम लवण: कैटालिस्ट की बाहरी सतह पर जमा होकर कैटालिस्ट की सक्रियता को प्रभावित करता है, एवं दबाव बढ़ा देता है।
**संक्षेप में, हाइड्रोजनीकरण उपकरणों में धातुओं को हटाने की क्षमता, दबाव, तापमान, रहने का समय, कैटालिस्ट एवं कच्चे तेल पर निर्भर है।** डीमेटलाइजेशन एक उत्प्रेरकीय अभिक्रिया है; इसलिए यह मुख्य रूप से उत्प्रेरक की सक्रियता एवं अभिक्रियक कक्ष के तापमान पर निर्भर है। हाइड्रोजन कैटलिस्ट की धातु-संग्रहण क्षमता, मुख्य रूप से कैटलिस्ट की छिद्रता पर निर्भर होती है। उपयुक्त हाइड्रोजनीकरण-डिमेटलाइजेशन एजेंटों का उपयोग करने से, हाइड्रोजनीकरण उपकरण में उच्च मात्रा में धातुओं को संग्रहीत करने हेतु आवश्यक मुख्य उत्प्रेरक प्राप्त किया उपकरण के संचालन के दौरान, उत्प्रेरक की वास्तविक धातु-अवशोषण क्षमता, ऊपर बताए गए सभी कारकों के योग पर निर्भर होती है।