मेथनॉल संश्लेषण हेतु उपयोग में आने वाले उत्प्रेरकों के विकास की प्रक्रिया क्या है?

सिंथेटिक मेथनॉल बनाने हेतु उपयोग में आने वाले उत्प्रेरकों को मुख्य रूप से दो श्रेणियों म एक प्रकार के ऐसे उत्प्रेरक हैं, जिनमें तांबा तत्व मुख्य सक्रिय घटक के रूप में प्रयोग में आता है। ； दूसरी श्रेणी में, ऐसे कैटालिस्ट हैं जिनमें मूल्यवान धातुओं को सक्रिय घटक के रूप में उपयोग में लाया जाता है। मुख्य रूप से ； 1 ； जिंक-क्रोमियम उत्प्रेरक – जिंक-क्रोमियम (ZnO/Cr2O3) उत्प्रेरक, एक उच्च-दबाव वाला ठोस उत्प्रेरक है। इसका विकास सबसे पहले 1923 में जर्मनी की BASF कंपनी द्वारा किया गया। जिंक-क्रोमियम उत्प्रेरकों की सक्रियता कम होती है; अधिक सक्रियता प्राप्त करने हेतु, संचालन तापमान को 590 K से 670 K के बीच रखना आवश्यक है। उच्च रूपांतरण दर प्राप्त करने हेतु, संचालन दबाव 25 MPa-35 MPa होना आवश्यक है; इसी कारण इन्हें “उच्च-दबाव उत्प्रेरक” कहा जाता है। जिंक-क्रोमियम उत्प्रेरकों की विशेषताएँ इस प्रकार हैं:
a) इनमें उच्च ताप-सहनशीलता होती है; ये 100℃ से अधिक के तापमान में भी कार्य कर सकते हैं।
b) ये सल्फर के प्रति संवेदनशील नहीं होते।
c) इनकी यांत्रिक मजबूती अधिक होती है।
d) इनका उपयोग लंबे समय तक किया जा सकता है; इनका उपयोग विभिन्न परिस्थितियों में किया जा सकता है, एवं इनका संचालन आसान होता है।
e) तांबा-आधारित उत्प्रेरकों की तुलना में, इनकी सक्रियता एवं चयनात्मकता कम होती है; इसके अलावा, इनका उपयोग करके उत्पादों में मौजूद अशुद्धियों को दूर करना कठिन होता है। चूँकि ऐसे उत्प्रेरकों में Cr2O3 का प्रमाण 10% तक होता है, इसलिए यह क्रोमियम के प्रमुख प्रदूषण स्रोतों में से एक माना जाता है। क्रोमियम मनुष्य के लिए विषाक्त है; इसलिए ऐसे उत्प्रेरकों का उपयोग धीरे-धीरे बंद कर दिया गया है। 2 ； तांबा-आधारित उत्प्रेरक – तांबा-आधारित उत्प्रेरक, कम तापमान एवं कम दबाव पर मेथनॉल उत्पादन हेतु उपयोग में आने वाला एक उत्प्रेरक है। इसके मुख्य घटक CuO/ZnO/Al2O3 (Cu-Zn-Al) हैं। इसे सबसे पहले ब्रिटेन की ICI कंपनी एवं जर्मनी की Lurgi कंपनी द्वारा विकसित किया गया। कम (मध्यम) दबाव वाले तांबा-आधारित उत्प्रेरकों का संचालन तापमान 210℃–300℃ होता है, जबकि दबाव 5MPa–10MPa होता है। यह मान पारंपरिक संश्लेषण प्रक्रियाओं की तुलना में काफी कम है; इससे मेथनॉल की अभिक्रिया में संतुलन बना रहता है। इसकी विशेषताएँ हैं:
a) इसकी सक्रियता अच्छी है; एकल चरण में रूपांतरण दर 7%–8% है।
b) इसकी चयनात्मकता बहुत अधिक है – 99% से अधिक; इसमें केवल थोड़ी मात्रा में मीथेन, डाइमीथाइल ईथर, मेथिल फॉर्मेट जैसे अशुद्धियाँ होती हैं; इसलिए उच्च शुद्धता वाला मेथनॉल प्राप्त करना आसान है।
c) इसकी उच्च तापमान सहनशीलता कम है; यह सल्फर के प्रति संवेदनशील है। 3 ； पैलेडियम-आधारित उत्प्रेरक – चूँकि तांबा-आधारित उत्प्रेरकों की चयनात्मकता 99% से अधिक होती है, इसलिए नए उत्प्रेरकों के विकास का लक्ष्य उत्प्रेरकों की कार्यक्षमता में वृद्धि करना, उनकी ऊष्मा-स्थिरता में सुधार करना, एवं उनके उपयोग की अवधि को बढ़ाना है। नए प्रकार के उत्प्रेरकों का अनुसंधान मुख्य रूप से संक्रमणकालीन धातुओं, मूल्यवान धातुओं आदि पर आधारित है; लेकिन पारंपरिक/सामान्य उत्प्रेरकों की तुलना में इनकी कार्यक्षमता आदर्श नहीं होती। उदाहरण के लिए, जिन उत्प्रेरकों में मूल्यवान धातु पैलेडियम का उपयोग उत्प्रेरक सामग्री के रूप में किया जाता है, उनकी अभिक्रियाशीलता में ज्यादा सुधार नहीं होता; कुछ मामलों में तो ऐसे उत्प्रेरकों की चयनात्मकता में कमी भी आ जाती है। 4 ； मोलिब्डेनम-आधारित उत्प्रेरक – तांबा-आधारित उत्प्रेरक, मेथनॉल निर्माण उद्योग में महत्वपूर्ण उत्प्रेरक हैं। लेकिन, कच्ची गैस में H2S, CS2, Cl2 जैसे पदार्थों की उपस्थिति के कारण ऐसे उत्प्रेरकों को नुकसान पहुँच सकता है। इसलिए, सल्फर-प्रतिरोधी उत्प्रेरकों के विकास में लोगों की रुचि लगातार बढ़ रही है। तियानजिन विश्वविद्यालय के झांग जियान ने MoS2/K2CO3/MgO-SiO2 यौगिकों से बना, सल्फर युक्त मेथनॉल संश्लेषण हेतु उपयोगी उत्प्रेरक विकसित किया। इस उत्प्रेरक का उपयोग 533K तापमान, 8.1 MPa दबाव, 3000 h-1 की वायु गति पर किया गया। φ(H2)∶φ(CO) का अनुपात 1.42 रहा; सल्फर की सांद्रता 1350 mg/L रही। CO का रूपांतरण दर 36.1% रहा, जबकि मेथनॉल उत्पादन की दक्षता 53.2% रही। हालाँकि इस उत्प्रेरक की एकल-चरण परिवर्तन दर काफी अधिक है, लेकिन इसकी चयनात्मकता केवल 50% ही है। इसके अलावा, उप-उत्पादों का निपटान भी कठिन है; इसलिए इसके औद्योगिक उपयोग में अभी बहुत समय लगेगा। इसके अलावा, Cu-Zn-Al-V श्रृंखला के उत्प्रेरक भी हैं। Cu-Zn-Al आधारित तांबा-आधारित उत्प्रेरकों में, नानहुआ ग्रुप रिसर्च इंस्टीट्यूट द्वारा विकसित C207, C301, C3011, NC5011, C306 एवं C307 जैसे उत्प्रेरक शामिल हैं। वहीं, Cu-Zn-Al-V आधारित तांबा-आधारित उत्प्रेरकों में, साउथवेस्ट केमिकल इंस्टीट्यूट द्वारा विकसित CN J202, C302, C3021, C3022, CN J206 एवं XNC98 जैसे उत्प्रेरक शामिल हैं। वर्तमान में, तांबे-आधारित उत्प्रेरकों का ही व्यापक रूप से उपयोग किया भविष्य में तांबे-आधारित उत्प्रेरकों संबंधी अनुसंधानों का ध्यान कम तापमान, कम दबाव, उच्च सक्रियता, उच्च चयनात्मकता, एवं पर्यावरण-अनुकूलता जैसे मुद्दों पर होगा।