2016 में एल्किलीकरण तकनीक का विकास एवं हालिया प्रगतियाँ

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2016 में एल्किलीकरण तकनीक का विकास एवं नवीनतम प्रगतियाँ – 2016-04-08। एल्किलीकरण, उत्प्रेरकों की मदद से रिफाइनरियों में पाए जाने वाले लिक्विफाइड गैसों में मौजूद आइसोब्यूटेन एवं अल्कीनों के बीच होने वाली अभिक्रिया के माध्यम से पेट्रोल बनाने हेतु उपयोग में आने वाला एक तरीका है। चूँकि एल्काइलेटेड तेल में ऑक्टेन संख्या उच्च होती है, वाष्पदाब कम होता है, एवं इसमें एलीन एवं सल्फर नहीं होता; इसलिए यह पेट्रोल के निर्माण हेतु आदर्श घटक है। इसलिए, हाल के वर्षों में अल्कीलीकरण तकनीक पर रिफाइनरी कंपनियों का ध्यान लगातार बढ़ रहा है। उत्पादन प्रक्रिया के संदर्भ में, वर्तमान में एल्किलीकृत तेलों के बड़े पैमाने पर उत्पादन हेतु मुख्य रूप से सल्फ्यूरिक एसिड विधि एवं हाइड्रोफ्लोरिक एसिड विधि का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, इन दोनों विधियों से एल्किलीकृत तेलों का उत्पादन दर अधिक होती है, एवं चयनात्मकता भी अच्छी होती है; लेकिन सल्फ्यूरिक एसिड विधि में अपशिष्ट एसिड की मात्रा बहुत अधिक होती है, जिससे पर्यावरण पर गंभीर प्रभाव पड़ता ह ； हाइड्रोफ्लोरिक एसिड एक अत्यंत विषैला रसायन है, जो आसानी से वाष्पित हो जाता है। इसके लीक होने से पर्यावरण एवं आसपास की पारिस्थितिकी तंत्रों को गंभीर नुकसान पहुँच सकता है। इसके अलावा, दोनों ही प्रक्रियाओं में उत्पादन उपकरणों के जंग लगने जैसी समस्याएँ भी हैं। तरल तीव्र अम्लों की उच्च क्षारकता एवं मनुष्यों के लिए इनके हानिकारक प्रभावों की समस्याओं को दूर करने हेतु, पिछले कुछ वर्षों में देश-विदेश में मौजूदा पारंपरिक तकनीकों में लगातार सुधार किया जा रहा है। साथ ही, वर्तमान तरल अम्ल-आधारित एल्किलीकरण प्रक्रियाओं के विकल्प के रूप में नई पीढ़ी के ठोस तीव्र अम्ल-आधारित उत्प्रेरकों एवं प्रक्रियाओं का विकास भी किया जा रहा है। पारंपरिक तरल अम्ल एल्किलीकरण तकनीकें – वर्तमान में एल्किलीकृत तेलों के उत्पादन हेतु मुख्य रूप से पारंपरिक सल्फ्यूरिक एसिड एवं हाइड्रोफ्लोरिक एसिड आधारित एल्किलीकरण प्रक्रियाओं का ही उपयोग किया जाता है। आंकड़ों के अनुसार, वर्तमान में दुनिया भर में सल्फ्यूरिक एसिड विधि से एल्किलीकरण करने हेतु 110 से अधिक उपकरण हैं, जबकि हाइड्रोफ्लोरिक एसिड विधि से ऐसा करने हेतु लगभग 120 से अधिक उपकरण हैं। हालाँकि, हाइड्रोफ्लोरिक एसिड एवं सल्फ्यूरिक एसिड के उपयोग से एल्काइलीकरण प्रक्रिया में कुछ अंतर होता है, लेकिन दोनों ही प्रक्रियाओं में अभिक्रिया की प्रक्रिया बहुत ही समान होती है। 1960 के दशक में, उत्प्रेरक के रूप में सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग करने वाले अल्कीलीकरण उपकरणों की संख्या, हाइड्रोफ्लोरिक एसिड को उत्प्रेरक के रूप में उपयोग करने वाले उपकरणों की संख्या का 3 गुना थी। उस समय से, एल्किलीकरण प्रक्रियाओं में हाइड्रोफ्लोरिक एसिड के उपयोग की प्रवृत्ति बढ़ी; लेकिन बाद में फिर से सल्फ्यूरिक एसिड का ही उपयोग किया जाने लगा। वर्षों तक चली प्रतिस्पर्धा के दौरान, इन दोनों तकनीकों में विकास हुआ, एवं उनमें अपनी-अपनी विशेषताएँ विकसित हो गईं। 1) हाइड्रोफ्लोरिक एसिड एल्किलीकरण तकनीक – हाइड्रोफ्लोरिक एसिड एल्किलीकरण प्रक्रिया का उपयोग 60 साल से अधिक समय से किया जा रहा है, और इस दौरान इस तकनीक में लगातार सुधार किए गए हैं। हाइड्रोफ्लोरिक एसिड आल्किलीकरण प्रक्रिया, सल्फ्यूरिक एसिड आल्किलीकरण प्रक्रिया की तुलना में कम जगह घेरती है; इसका डिज़ाइन सरल होता है, एवं इसमें कम मात्रा में उत्प्रेरकों की आवश्यकता होती है। लेकिन इसमें भी कुछ कमियाँ हैं; जिनमें सबसे आम समस्या यह है कि आइसोब्यूटेन, प्रोपेन, हाइड्रोफ्लोरिक एसिड एवं फ्लोरीन युक्त यौगिकों को अलग करने हेतु आवश्यक लागत, सल्फ्यूरिक एसिड-आधारित तकनीकों की तुलना में अधिक होती है (UOP की दो रिएक्टरों वाली प्रक्रिया को छोड़कर)। इसके अलावा, इस तकनीक से एक और गंभीर समस्या भी है – हाइड्रोफ्लोरिक एसिड एक विषाक्त गैस के रूप में वायुमंडल में फैल जाता है। जब हाइड्रोफ्लोरिक एसिड की मात्रा कम होती है, तो यह आँखों, त्वचा एवं नाक को नुकसान पहुँचा सकता है। ； उच्च सांद्रता के कारण जीवन को खतरा हो सकता है। हाइड्रोफ्लोरिक एसिड आल्किलीकरण संबंधी पेटेंट धारक: UOP एवं PHILLIPS (कॉनोफी कंपनी)। हाइड्रोफ्लोरिक एसिड आल्किलीकरण में सबसे बड़ी समस्याएँ हैं – हाइड्रोफ्लोरिक एसिड उत्प्रेरकों की वाष्पशीलता, अपघटनकारी प्रवृत्ति एवं विषाक्तता। अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण विभाग द्वारा इसके उपयोग पर प्रतिबंध लगा हुआ है; इसलिए पिछले 20 वर्षों में निर्मित नई आल्किलीकरण इकाइयों में लगभग ही हाइड्रोफ्लोरिक एसिड का उपयोग नहीं किया गया है। 2) सल्फ्यूरिक एल्काइलीकरण तकनीक: हालाँकि सल्फ्यूरिक एल्काइलीकरण तकनीक में अपशिष्ट अम्लों के निपटान एवं उपकरणों के क्षय जैसी समस्याएँ हैं, लेकिन चूँकि एल्काइलीकृत तेलों का उत्पादन लगातार महत्वपूर्ण होता जा रहा है, इसलिए नई तकनीकों के विकास के साथ-साथ सल्फ्यूरिक एल्काइलीकरण तकनीक में भी लगातार सुधार किया जा रहा है। वर्तमान में, सल्फ्यूरिक एसिड विधि से एल्किलीकरण करने हेतु प्रमुख पेटेंट धारकों में ड्यूपॉन्ट एवं लुम्मस शामिल हैं। इनमें से ड्यूपॉन्ट की तकनीकों का उपयोग करके एल्किलीकरण की क्षमता दुनिया में सबसे अधिक है। ड्यूपॉन्ट के पास “एसटीआरएटीसीओ” एवं “एमईसीएस” जैसी तकनीकें हैं; दुनिया भर में एल्किलीकरण उद्योग में ड्यूपॉन्ट का हिस्सा लगभग 80% है। देश में ड्यूपॉन्ट तकनीक का उपयोग सीएचआईओ हुइझोउ रिफाइनरी में किया गया है (1.6 लाख टन/वर्ष; इसका संचालन 2009 में शुरू हुआ)। इसके अलावा, देश में और तीन संयंत्र भी हैं, जिनका निर्माण 2016 में शुरू होने की योजना है। रूम्स की CDAlky सल्फ्यूरिक एसिड विधि का उपयोग हाल के वर्षों में देश में भी काफी हद तक किया गया है। ऐसी सुविधाएँ, जो पहले से ही संचालन में हैं, या जल्द ही संचालन में आने वाली हैं, इनमें शानडोंग शेनची (200,000 टन/वर्ष; मई 2013 में संचालन में आई), शानडोंग हाईयुए (600,000 टन/वर्ष; जुलाई 2014 में संचालन में आई), गुआंगशी चिनझोउ तियानहेंग पेट्रोकेमिकल्स (200,000 टन/वर्ष; अप्रैल 2014 में संचालन में आई), एवं युनतियानहुआ (240,000 टन/वर्ष; 2016 में संचालन में आई) शामिल हैं। सल्फ्यूरिक एसिड विधि से एल्किलीकरण करने में सबसे बड़ी समस्या अपशिष्ट एसिड का निपटान है; इसलिए एल्किलीकरण उपकरणों के साथ ही अपशिष्ट एसिड को पुनः उपयोग में लाने हेतु आवश्यक उपकरण भी आवश्यक हैं। ऐसे में निवेश एवं संचालन संबंधी लागतें हाइड्रोफ्लोरिक एसिड विधि से एल्किलीकरण की तुलना में काफी अधिक हो जाती हैं। वैकल्पिक एल्काइलीकरण तकनीकें: हालाँकि, शोधकर्ता हाइड्रोफ्लोरिक एसिड एवं सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग करके एल्काइलीकरण प्रक्रियाओं में सुधार करने की कोशिश करते रहे हैं, लेकिन फिर भी इन प्रक्रियाओं से जुड़ी समस्याओं का समाधान नहीं हो पाया है। ऐसी समस्याओं में निर्माण लागत में वृद्धि, अधिक मात्रा में एसिड की आवश्यकता, तेज़ क्षयकारी प्रभाव, एवं पर्यावरण प्रदूषण आदि शामिल हैं। इसलिए, देश-विदेश में स्वच्छ एवं सुरक्षित विकल्पीय अल्किलीकरण तकनीकों का विकास जोर-शोर से किया जा रहा है। इनमें, ठोस अम्ल आधारित अल्किलीकरण तकनीक एवं आयनिक तरल आधारित अल्किलीकरण तकनीकों में सबसे अधिक प्रगति हुई है। 1) ठोस अम्ल एल्किलीकरण तकनीक: हालाँकि, वर्तमान में पारंपरिक तरल अम्ल एल्किलीकरण तकनीकें काफी विकसित हो चुकी हैं; लेकिन इनके सुरक्षा एवं पर्यावरणीय प्रभावों के कारण, अधिक सुरक्षित एवं पर्यावरण-अनुकूल तकनीकों का विकास हुआ है। तरल अम्ल तकनीक की तुलना में, ठोस अम्ल आल्किलीकरण प्रक्रिया में परिस्थितियाँ अधिक सौम्य होती हैं, एवं ठोस अम्लों को पुनः उपयोग में लाना भी आसान होता है। ठोस अम्ल आल्किलीकरण प्रक्रिया में ऑलिफिनों के संयोजन संबंधी समस्याओं को दूर करने के बाद, ऐसे तरीके से तैयार किए गए पेट्रोल के गुण, तरल अम्लों के उपयोग से तैयार किए गए पेट्रोल के गुणों के बराबर हो जाते हैं। ； साथ ही, ठोस अम्लों में तरल अम्लों जैसी क्षयकारी प्रवृत्ति एवं संभावित खतरे नहीं होते। इनके लिए उपकरणों की सामग्री संबंधी कोई विशेष आवश्यकताएँ नहीं होतीं, एवं इनका उपयोग करने में प्रक्रियात्मक सुरक ； पर्यावरण संरक्षण के दृष्टिकोण से, अपशिष्ट एसिडों के निपटान से जुड़ी कोई नकारात्मक समस्याएँ नहीं हैं। इसलिए, पिछले कुछ वर्षों में दुनिया भर की कई बड़ी तेल कंपनियाँ एवं अनुसंधान संस्थान, ठोस उत्प्रेरकों के विकास पर काम कर रहे हैं। इनमें प्रसिद्ध तकनीकों में LUMMUS की AlkyClean प्रक्रिया, UOP की Alkylene एवं Inalk प्रक्रियाएँ, एवं TOPSOE की FBA प्रक्रिया शामिल हैं। चीन की अनुसंधान संस्थानों ने भी अल्किलीकृत ठोस एसिड उत्प्रेरकों एवं संबंधित तकनीकों का विकास किया है; इनका औद्योगिक स्तर पर परीक्षण पिछले दो वर्षों में शंघाई की गाओकियाओ पेट्रोकेमिकल्स एवं बीजिंग की यानशान पेट्रोकेमिकल्स में किया गया। वर्तमान में यह तकनीक चीनी पेट्रोकेमिकल उद्योग द्वारा अनुमोदित हो चुकी है। रूम्स की अल्कीक्लीन प्रक्रिया के लिए फिनलैंड के फोर्टुम रिफाइनरी में एक प्रदर्शन हेतु उपकरण उपलब्ध है। फरवरी 2015 में, शानडोंग के ज़िबो में स्थित हुईफेंग पेट्रोकेमिकल ग्रुप द्वारा रूम्स का पहला 100,000 टन/वर्ष क्षमता वाला ठोस अम्ल एल्किलीकरण संयंत्र निर्मित एवं कार्यरत हो गया। हालाँकि, ठोस अम्ल एल्किलीकरण तकनीक में कुछ प्रगति हुई है, लेकिन वर्तमान में इस तकनीक के द्वारा पारंपरिक तरल अम्ल तकनीकों को पूरी तरह से प्रतिस्थापित करने में अभी भी कुछ बाधाएँ हैं। इनमें से सबसे बड़ी बाधा तो उत्प्रेरकों का निष्क्रिय होना/पुनर्जीवित किया जाना है। साथ ही, कच्चे माल की उपयुक्तता, उपकरणों के संचालन संबंधी लागतें, ठोस अम्ल उत्प्रेरकों की उच्च अभिक्रिया क्षमता एवं चयनात्मकता जैसी कई समस्याओं का भी समाधान करना आवश्यक है। 2) आयनिक तरल पदार्थों का एल्किलीकरण तकनीक – आयनिक तरल पदार्थ, चूँकि इनमें तरल अम्लों जैसी उच्च गतिविधि वाली संरचनाएँ होती हैं, एवं ठोस अम्लों जैसी अवाष्पशील प्रकृति भी होती है; इसलिए हाल के वर्षों में इन पर बहुत ध्यान दिया जा रहा है। अतीत में, खराब चयनात्मकता एवं कम उत्पादन के कारण आयनिक तरल उत्प्रेरकों का उपयोग अल्किलीकृत तेलों के उत्पादन हेतु संभव नहीं था। हाल ही में, आयनिक तरल पदार्थों के अल्किलीकरण संबंधी तकनीकों पर काफी शोध किया जा रहा है। चेवरॉन, शेल, चाइनीज यूनिवर्सिटी ऑफ पेट्रोलियम आदि कंपनियों एवं संस्थानों ने इस क्षेत्र में बहुत सारा अनुसंधान किया है। आयनिक तरल एल्किलीकरण तकनीक में, आयनिक तरलों का उपयोग विलायक एवं उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है; इस तकनीक में सल्फ्यूरिक एसिड एवं हाइड्रोफ्लोरिक एसिड की तुलना में बेहतर उत्प्रेरण क्षमता पाई जाती है। हाल के वर्षों में विकसित किए गए संयुक्त आयनिक तरल उत्प्रेरकों ने अल्किलीकरण प्रक्रियाओं में बहुत ही बड़ी क्षमता दिखाई है। चाइना पेट्रोलियम, वर्तमान में आयनिक तरल पदार्थों के उपयोग से अल्किलीकरण प्रक्रिया को औद्योगिक स्तर पर लागू करने वाली एकमात्र कंपनी है। यह तकनीक चाइना पेट्रोलियम यूनिवर्सिटी की “हेवी ऑयल रिसर्च लैब” द्वारा विकसित की गई। 29 सितंबर, 2013 को शानडोंग की डेयांग केमिकल्स कंपनी में 120,000 टन/वर्ष की क्षमता वाला आयनिक तरल पदार्थों के उपयोग से कार्बन-4 अल्किलीकरण संयंत्र शुरू किया गया। आयनिक तरल पदार्थों के उपयोग से एल्किलीकरण प्रक्रिया को सफलतापूर्वक लागू किया गया है; इससे पारंपरिक गाढ़े सल्फ्यूरिक एसिड एवं हाइड्रोफ्लोरिक एसिड का उपयोग करके की जाने वाली एल्किलीकरण प्रक्रियाओं से जुड़ी कई कमियाँ दूर हो गईं। इससे हमारे देश में उत्पादित पेट्रोल को अधिक स्वच्छ एवं उच्च गुणवत्ता वाला बनाने हेतु एक नया समाधान उपलब्ध हुआ है। (इस लेख का स्रोत: पेट्रोलियम एवं पेट्रोकेमिकल उद्योग संबंधी जानकारी)