कच्चे तेल के पूर्व-संसाधन हेतु फाइबर-तरल-झिल्ली तकनीक का उपयोग: अनुसंधान

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सारांश: इस लेख में, फाइबर-आधारित तरल झिल्ली विधि के द्वारा कच्चे तेल के पूर्व-शोधन हेतु उपयोग में आने वाले संवहन-पृथक्करण सिद्धांतों का वर्णन किया गया है; साथ ही, औद्योगिक परीक्षणों एवं कच्चे तेल की उपयुक्तता सं परिणामों से पता चला कि कच्चे तेल को तीन-स्तरीय फाइबर-द्रव-झिल्ली विधि से पूर्व-संसाधित करने के बाद, इसमें नमक की मात्रा <3.0 मिलीग्राम NaCl/लीटर हो जाती है; जल की मात्रा <0.2% हो जाती है; कैल्शियम एवं आयरन की मात्रा <10.0 माइक्रोग्राम/ग्राम हो जाती है; जबकि तेल में जल की मात्रा <150 मिलीग्राम/लीटर हो जाती है। ये सभी मान औद्योगिक उत्पादन हेतु आवश्यक मानदंडों के अनुरूप हैं, एवं यह विधि विद्युत-विलयनीकरण विधि की तुलना में बेहतर है। 1. परिचय: तरल झिल्ली विभाजन तकनीक (Liquid Membrane Permeation, LMP), मिश्रण के विभिन्न घटकों की पारगम्यता क्षमताओं में अंतर का उपयोग करके उनके विभाजन, शुद्धीकरण या संवहन हेतु उपयोग में आने वाली एक तकनीक है। यह जैविक झिल्लियों की पदार्थ-स्थानांतरण क्षमताओं की नकल करने वाली एक नई प्रकार की विभाजन विधि है; इससे विभाजन कारकों एवं चयनात्मकता संबंधी समस्याओं का समाधान हो जाता है। इसे 1968 में संयुक्त राज्य अमेरिका की एक्सन कंपनी के अमेरिकी-चीनी मूल के डॉ. ली नियानझी द्वारा प्रस्तावित किया गया। तरल-झिल्ली विभाजन तकनीक, ठोस-झिल्ली विभाजन तकनीक की तुलना में अधिक कुशल, तेज़, अधिक चयनात्मक, एवं ऊर्जा-बचत वाली है। इसमें तरल-तरल निष्कर्षण तकनीक की तुलना में निष्कर्षण एवं पुनर्निष्कर्षण दोनों प्रक्रियाएँ एक साथ होती हैं; विभाजन एवं संघनन की दर अधिक होती है, निष्कर्षक की मात्रा कम होती है, एवं विलायक का नुकसान भी कम होता है। इनमें से, फाइबर-वाष्प झिल्ली विभाजन तकनीक का उपयोग हाल के वर्षों में हमारे देश में तेलों के शुद्धीकरण के क्षेत्र में तेजी से बढ़ रहा है। 2. फाइबर-आधारित तरल-झिल्ली विधि में, कच्चे तेल की पूर्व-संसाधना हेतु बड़ी संख्या में विशेष प्रकार के जल-प्रेमी फाइबरों का उपयोग किया जाता है। तेल एवं पानी की सतह-तनाव में अंतर का उपयोग करके, फाइबरों की सतह पर पानी की एक बहुत ही पतली झिल्ली बन जाती है। कच्चा तेल, इस जल-झिल्ली के बीच से फाइबरों के सहारे नीचे बहता है; इस प्रक्रिया में ऊर्जा-हस्तांतरण हेतु एक बहुत ही छोटा दूरी ही आवश्यक होती है। इससे, दोनों घटकों के मिश्रण से होने वाली समस्याओं से बचा जा सकता है। कच्चे तेल में मौजूद लवणीय पदार्थ, सांद्रता-अंतर के कारण जलीय घटक में जाते हैं। जिन लवणीय पदार्थों का जल में घुलनशीलता होती है, वे सीधे ही जलीय घटक में चले जाते हैं; जबकि जिन लवणीय पदार्थों का तेल में घुलनशीलता होती है, वे पहले जलीय घटक की सतह पर मौजूद डी-सॉल्टिंग एजेंटों के साथ अभिक्रिया करके जल-घुलनशील लवणीय पदार्थों में बदल जाते हैं, और फिर ही जलीय घटक में चले जाते हैं। इस प्रकार कच्चे तेल से लवण हट जाते हैं। पारंपरिक कच्चे तेल के विद्युत-विलवणीकरण प्रक्रिया की तुलना में, फाइबर-तरल-झिल्ली आधारित कच्चे तेल विलवणीकरण प्रक्रिया में निम्नलिखित तकनीकी विशेषताएँ हैं: इसकी प्रक्रिया सरल है; इसके लिए किसी बाहरी विद्युत क्षेत्र या डिमर्जेंट की आवश ； द्रव-पदार्थों के हस्तांतरण की दक्षता उच्च है; नमी हटाने, लवण हटाने, कैल्शियम/आयरन हटाने में ； दोनों चरणों में होने वाला मिश्रण कम है; कच्चे तेल से पानी अलग करने के बाद तेल में पानी की मात्रा एवं COD मान कम होता है ； वायु गति अधिक है, प्रसंस्करण की क्षमता भी ； परिचालन लागत कम है, तकनीकी एवं आर्थिक दृष्टि से यह बहुत ही ल ； यह प्रक्रिया पर्यावरण-अनुकूल है, एवं इसकी सुरक्षा-व्यवस्था चित्र 1: फाइबर-तरल-झिल्ली विधि से कच्चे तेल के पूर्व-संसाधन हेतु प्रक्रिया का सिद्धांत।
3. औद्योगिक परीक्षण: चाइना पेट्रोलियम कंपनी की चांगलिंग शाखा ने फाइबर-तरल-झिल्ली विधि का उपयोग करके 8×10³ किलोटन/वर्ष क्षमता वाला एक औद्योगिक परीक्षण उपकरण विकसित किया। इस उपकरण को मई 2014 में सफलतापूर्वक संचालित किया गया, एवं आज भी यह ठीक से कार्यरत है। इस उपकरण में उपयोग होने वाला कच्चा तेल, “यीचांग पाइपलाइन” से प्राप्त होता है। इसके गुणों की जानकारी तालिका 1 में दी गई है।
**तालिका 1: यीचांग पाइपलाइन से प्राप्त कच्चे तेल के गुण**
| पैरामीटर | मान |
|——|——|
| घनत्व (Kg/m³) | 963.8 |
| सल्फर (m%) | 0.9271 |
| 100℃ पर चिपचिपाहट (mm²/s) | 56.3 |
| नाइट्रोजन (m%) | 0.5558 |
| जेलीय पदार्थ (m%) | 21.3 |
| निकल (μg/g) | 35.5 |
| एस्फाल्टीन (m%) | 11.5 |
| वैनेडियम (μg/g) | 245.0 |

3.1. नमक हटाने की प्रक्रिया: चित्र 2 में दर्शाया गया है कि औद्योगिक परीक्षणों में, तीन चरणों में फाइबर-आधारित तरल झिल्ली का उपयोग करके कच्चे तेल में मौजूद नमक की मात्रा 3.0 mg NaCl/L से कम हो जाती है; औसत मान तो केवल 1.5 mg NaCl/L ही है। यह मान औद्योगिक उत्पादन हेतु आवश्यक मानदंडों को पूरा करता है। चित्र 2: औद्योगिक परीक्षणों में, कच्चे तेल को तीन-स्तरीय फाइबर-लिक्विड मेम्ब्रेन विधि से प्रसंस्कृत करने के बाद उसमें नमक की मात्रा 3.2% रही। जल-निकासी की प्रक्रिया के बारे में जानकारी चित्र 3 में दी गई है। औद्योगिक परीक्षणों में, कच्चे तेल में पानी की मात्रा <0.2% रही, जो औद्योगिक उत्पादन हेतु आवश्यक मानदंडों को पूरा करती है। चित्र 3: औद्योगिक परीक्षणों में, कच्चे तेल को तीन-स्तरीय फाइबर-तरल-झिल्ली विधि से पूर्व-उपचार करने के बाद उसमें मौजूद जल की मात्रा 3.3 है। धातुओं को हटाने की प्रक्रिया का विवरण चित्र 4 में दिया गया है। औद्योगिक परीक्षणों में KJ-FMT1 नामक विशेष धातु-हटाने वाले एजेंट का उपयोग किया गया। तीन-स्तरीय फाइबर-तरल-झिल्ली विधि से पूर्व-उपचार करने के बाद कच्चे तेल में कैल्शियम एवं आयरन की मात्रा लगभग <10.0 μg/g तक ही रह गई। इसमें कैल्शियम हटाने की दर 80% से अधिक एवं आयरन हटाने की दर 70% से अधिक रही; जो औद्योगिक उत्पादन हेतु आवश्यक मानकों को पूरा करता है। चित्र 4: औद्योगिक परीक्षणों में, कच्चे तेल को तीन-स्तरीय फाइबर-तरल-झिल्ली विधि से पूर्व-संसाधित करने के बाद कैल्शियम एवं आयरन की मात्रा क्रमशः 3.4 है; जबकि जल-अलगकरण क्षमता चित्र 5 में दर्शाई गई है। औद्योगिक परीक्षणों में, कच्चे तेल को इस विधि से पूर्व-संसाधित करने के बाद जल-अलगकरण क्षमता <150 मिलीग्राम/लीटर है, जो औद्योगिक उत्पादन हेतु आवश्यक मानदंडों को पूरा करती है। चित्र 5: औद्योगिक परीक्षणों में, कच्चे तेल को तीन-स्तरीय फाइबर तरल-झिल्ली विधि से पूर्व-संसाधित करने के बाद उसमें मौजूद पानी एवं तेल की मात्रा। औद्योगिक आंकड़ों से पता चलता है कि तीन-स्तरीय फाइबर तरल-झिल्ली विधि से पूर्व-संसाधित करने के बाद, कच्चे तेल के सभी मापदंड औद्योगिक उत्पादन हेतु आवश्यक मानकों के अनुरूप विद्युत-विलवणीकरण प्रक्रिया की तुलना में, डिमर्जेंटों के उपयोग एवं बाहरी विद्युत क्षेत्र की आवश्यकता न होने के कारण संचालन लागत में काफी कमी आती है। ； वॉटर-कटिंग ऑयल की मात्रा एवं COD स्तर, इलेक्ट्रोक्लोराइडेशन प्रक्रिया की तुलना में काफी कम होते हैं; इससे पर्यावरणीय लाभ भी काफी होता है। 4. फाइबर-आधारित तरल झिल्ली तकनीक के उपयोग से कच्चे तेल के पूर्व-संसाधन हेतु, देश के रिफाइनरियों में प्रसंस्कृत किए जाने वाले अत्यधिक खराब गुणवत्ता वाले कच्चे तेलों पर इस तकनीक की उपयुक्तता संबंधी अध्ययन किए गए। चित्र 6 के अनुसार, मारेई तेल को तीन स्तरों वाली फाइबर-आधारित तरल-झिल्ली प्रक्रिया से उपचारित करने के बाद, इसमें पानी की मात्रा 0.03% हो जाती है। ； नमक की मात्रा 6.20 मिलीग्राम NaCl/लीटर है; नमक हटाने की दर 97.05% है। ； पानी में वसा की मात्रा 118.50 मिलीग्राम/लीटर है। चित्र 6: मारेई ऑयल फाइबर ल्वीड मेम्ब्रेन द्वारा पूर्व-संसाधन का प्रभाव
जैसा कि चित्र 7 में दर्शाया गया है, ताहे कच्चे तेल को तीन स्तरों में फाइबर ल्वीड मेम्ब्रेन द्वारा पूर्व-संसाधित करने के बाद, उसमें पानी की मात्रा 0.2% पर स्थिर रहती है। ； नमक की मात्रा का औसत मान 7.9 मिलीग्राम NaCl/लीटर है; जल से नमक हटाने की दर 98% से अधिक है। ； वॉटर-कटिंग ऑयल की मात्रा सबसे कम 6.8 मिलीग्राम/लीटर, और सबसे अधिक 93.8 मिलीग्राम/लीटर है; औसत मात्रा 36.9 मिलीग्राम/लीटर है। सभी संकेतक, उसी अवधि के विद्युत-विलवणीकरण उद्योगिक उपकरणों की तुलना में बेहतर हैं। चित्र 7: ताहे नदी के कच्चे तेल के लिए फाइबर-लिक्विड मेम्ब्रेन विधि का पूर्व-संसाधन प्रभाव
उपरोक्त परीक्षणों के परिणामों से पता चलता है कि फाइबर-लिक्विड मेम्ब्रेन तकनीक, कच्चे तेल के पूर्व-संसाधन हेतु अत्यंत उपयुक्त है; इसकी विशेषताओं में कच्चे तेल के साथ अच्छी संगतता, नमक/जल हटाने में उत्कृष्ट क्षमता, एवं तेल में जल की मात्रा कम होना शामिल है। 5. निष्कर्ष: जैसे-जैसे कच्चा तेल अधिक भारी एवं गुणहीन होता जा रहा है, घरेलू रिफाइनरियों को कच्चे तेल से लवण हटाने हेतु विद्युत आधारित तकनीकों का उपयोग करने में कई समस्याओं का सामना करना पड़ रहा है। फाइबर-वाष्प झिल्ली तकनीक, एक नई एवं प्रभावी सामग्री-स्थानांतरण तकनीक के रूप में, कच्चे तेल के पूर्व-संसाधनण क्षेत्र में अपने उपयोग से यह साबित हुआ है कि यह तकनीक सामग्री-स्थानांतरण प्रक्रिया में ऊर्जा-खपत को कम करने में सहायक है; साथ ही इससे अनावश्यक पदार्थों का उत्पादन भी कम होता है। इसके अलावा, यह तकनीक निवेश एवं संचालन लागतों को भी कम करने में सहायक है। कच्चे तेल के साथ इस तकनीक की संगतता भी अच्छी है, इसलिए इसका भविष्य में बहुत ही अच्छा उपयोग हो सकता है। हुनान चांगलिंग पेट्रोकेमिकल टेक्नोलॉजी डेवलपमेंट कंपनी लिमिटेड द्वारा 2016 में आयोजित राष्ट्रीय पेट्रोरसायन उद्योग संबंधी प्रगति सम्मेलन में प्रस्तुत किए गए शोधपत्रों का चयन।