कोयला-टार बॉयलिंग बेड हाइड्रोजनीकरण एवं फिक्स्ड बेड हाइड्रोजनीकरण प्रक्रियाओं की तुलना

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इस पोस्ट को अंतिम बार liuquan1100 द्वारा 2017-12-29 14:21 पर संपादित किया गया। इसमें उपयोग होने वाला कच्चा माल मध्यम-कम तापमान वाला कोयला-टार है। इस संयंत्र की आपूर्ति क्षमता 100,000 टन/वर्ष है। हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया में दबाव 16.6 MPa (G) है; ऐसा इसलिए किया गया है ताकि 2016 में देश द्वारा निर्धारित डीजल/पेट्रोल उत्पादों के मानकों को पूरा किया जा सके। शंघाई शिनयू एनर्जी टेक्नोलॉजी कंपनी को कोयला-टार के प्रसंस्करण का पहले से ही अनुभव है। कोयला-टार का घनत्व अधिक होता है; C/H अनुपात भी अधिक होता है। इसमें सल्फर, नाइट्रोजन एवं गंदगी/एस्फाल्टीन की मात्रा भी अधिक होती है। ऐसे में यह पदार्थ उपकरणों एवं पाइपलाइनों में जमा होकर उन्हें अवरुद्ध कर देता है; इसलिए इसका प्रसंस्करण करना कठिन होता है। इसके लिए, तुलना हेतु दो प्रकार की प्रसंस्करण विधियाँ प्रदान की गई हैं। (1) योजना 1: स्थिर-बेड हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया
इस योजना के मुख्य बिंदु हैं – कोयला-टार से कोयला-अरेनिक को अलग किया जाता है; फिर इसे स्थिर-बेड हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया में डालकर शुद्ध किया जाता है। इसके बाद हाइड्रोजनीकरण-विघटन प्रक्रिया द्वारा उच्च गुणवत्ता वाला तेल तैयार क हाइड्रोजन उत्पादन हेतु आवश्यक उपकरणों की क्षमता 10,000 Nm3/घंटा है। कोयला-टार हाइड्रोजनीकरण उपकरणों के लिए, वर्तमान में सबसे परिपक्व प्रक्रिया “सामान्य/निम्न दबाव वाली पूर्व-संसाधन प्रक्रिया + हाइड्रोजनीकरण द्वारा शुद्धीकरण + अवशिष्ट तेल का हाइड्रोजनीकरण-विघटन” है। सबसे पहले, ऐसे अवयवों को हटा दिया जाता है जो फिक्स्ड-बेड हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया में उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं हैं; जैसे – एस्फाल्ट, ठोस अशुद्धियाँ, जल। 350°C तापमान पर तैयार हुआ अवशिष्ट तेल हाइड्रोजनीकरण-विघटन प्रणाली में भेजा जाता ह हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया के बाद, >350℃ तापमान वाले घटक हाइड्रोजनीकरण-विघटन प्रणाली में भेजे जाते हैं; जहाँ बड़े आकार के अणु विघटित होकर छोटे अणुओं (नॉर्मल ऑयल, डीज़ल घटकों) में बदल जाते हैं। विघटन प्रक्रिया से प्राप्त उत्पादों को उत्पादों के विभाजन हेतु विभाजन टॉवर में भेजा जाता है। इस प्रक्रिया में, उत्प्रेरक की चयनात्मकता ऐसी होनी आवश्यक है कि वह बहु-वलयीय एवं संकीर्ण-वलयीय हाइड्रोकार्बनों को विघटित कर सके; साथ ही, उत्पादों में उप-श्रृंखलाओं की संख्या को भी नियंत्रित किया जा सके। इसका अर्थ है कि C1–C4 घटकों का उत्पादन दर 4% से अधिक न हो। साथ ही, नेफ्था एवं डीजल उत्पादों का अनुपात 3:7 होना चाहिए, एवं डीजल उत्पादों का घनीकरण बिंदु -20°C से कम होना चाहिए। यदि ओपन-रिंग/क्रैकिंग प्रक्रिया के दौरान तेल उत्पादों की साइड-चेनें अत्यधिक मात्रा में टूट जाती हैं, तो इससे न केवल उत्पादों की कुल प्राप्ति में कमी आती है, बल्कि डीजल उत्पादों के कम गिलनांक वाले गुण भी नष्ट हो जाते हैं। इसके अलावा, हाइड्रोजन की खपत भी बढ़ जाती है, जिससे पूरी परियोजना की आर्थिक लाभप्रदता प्रभावित होती है। **योजना-1: सामग्री संतुलन तालिका**
| परियोजना | सामग्री का नाम | वजन (%) | किलोग्राम/घंटा | हजार टन/वर्ष | टिप्पणियाँ |
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| इनपुट | कोयला-टार | 100 | 12,500 | 10 | 8,000 घंटे |
| | हाइड्रोजन | 7 | 875 | 0.6 | 10,000 Nm³/घंटा |
| | DMDS | 0.4 | 50 | 0.04 | सल्फराइजिंग एजेंट |
| **कुल** | | 107.4 | 13,425 | 10.64 | |

| आउटपुट | H2S+NH3 | 1.34 | 167.50 | 0.134 |
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| | शुष्क गैस | 2.46 | 307.50 | 0.246 |
| | नेफ्था | 18 | 2,250.0 | 1.80 |
| | डीजल | 59.87 | 7,483.75 | 5.987 |
| | पानी | 5.49 | 686.25 | 0.549 |
| | अवशिष्ट तेल | 0.24 | 30.00 | 0.024 |
| | कोयला-अस्फाल्ट | 20 | 2,500 | 2.0 |
| **कुल** | | 107.40 | 13,425 | 10.74 |

इस योजना में तैयार होने वाले तेलों के गुणवत्ता संबंधी संकेतक काफी अच्छे हैं; हालाँकि, तैयार तेलों की मात्रा थोड़ी कम है। साथ ही, थोड़ा मात्रा में अवशिष्ट तेल भी प्राप्त होता है (जो भारी जहाजों के लिए ईंधन के रूप में उपयोग में आता है), एवं अस्फाल्ट भी उप-उत्पाद के रूप में प्राप्त होता है। डीजल उत्पाद, कम गलनांक एवं कम सल्फर/नाइट्रोजन वाले उच्च गुणवत्ता वाले उत्पाद हैं; इनकी बाजार में कीमत अधिक होती है।
(II) दूसरा विकल्प: बॉयलिंग बेड + फिक्स्ड बेड हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया – इस विधि में कोयला-टार के सभी घटकों को बॉयलिंग बेड में हाइड्रोजनीकरण किया जाता है; इससे प्राप्त पेट्रोलियम तेल को फिक्स्ड बेड में और अधिक शुद्ध किया जाता है। भारी घटकों को हाइड्रोजनीकरण एवं क्रैकिंग प्रक्रिया से शुद्ध किया जाता है, जिससे तैयार उत्पाद प्राप्त होता है। इस योजना के लिए 13000 Nm3/घंटा की क्षमता वाला हाइड्रोजन उत्पादन उपकरण आवश्यक है। कोयला-टार के संपूर्ण अपघटन में एस्फाल्टन की मात्रा लगभग 50% तक होती है; यदि पारंपरिक विधियों का उपयोग किया जाए, तो तरल पदार्थों की प्राप्ति दर केवल 76% ही होती है। यदि शंघाई शिनयू एनर्जी टेक्नोलॉजी कंपनी की बॉयलिंग बेड प्रक्रिया का उपयोग करके कोयला-टार में मौजूद जेलीय/अर्बेन सामग्री को हल्का बनाया जाए, तो उत्पाद की तरल उत्पादन दर 90% से 95% तक बढ़ जाती है। कोयला-टार के सभी घटकों को बॉयलिंग बेड हाइड्रोजनेशन रिएक्टर में हाइड्रोजनीकरण करने के बाद, S, N, O एवं धातुओं की मात्रा 85% से अधिक हद तक कम हो जाती है; साथ ही, ग्लूकोसिन एवं एस्फाल्टिक पदार्थों का हल्का होने का प्रतिशत 90% से अधिक हो जाता है। अभिक्रिया के बाद प्राप्त होने वाले पेट्रोल घटकों को फिक्स्ड-बेड हाइड्रोजनीकरण रिएक्टर में भेजा जाता है; इस प्रक्रिया में घटकों में मौजूद S, N, O एवं धातुओं के घटक प्रभावी ढंग से हट जाते हैं। साथ ही, एलीन्स, डाइएलीन्स एवं आरोमैटिक्स जैसे घटक संतृप्त हो जाते हैं, जिससे नेफ्था घटक उचित मानकों के अनुरूप हो जाते हैं। जबकि बॉयलिंग बेड से प्राप्त होने वाले भारी अपचयन उत्पादों को पहले फिल्टर करके दबाव दिया जाता है, ताकि उन्हें फिक्स्ड बेड रिफाइनिंग/क्रैकिंग रिएक्टर में भेजा जा सके। वहाँ इन अपचयन उत्पादों का हाइड्रोक्रैकिंग किया जाता है; इस प्रक्रिया में बड़े आणविक ढाँचे टूटकर छोटे आणविक ढाँचों (नॉर्मल ऑयल, डीजल आदि) में बदल जाते हैं। क्रैकिंग प्रक्रिया पूरी होने के बाद, उत्पादों को उत्पाद विभाजन टॉवर में भेजा जाता है, ताकि उनका विभाजन किया जा सके इस प्रक्रिया में, उत्प्रेरक का चयन ऐसा होना आवश्यक है कि वह बहु-वलयीय एवं संकीर्ण-वलयीय हाइड्रोकार्बनों को विघटित कर सके; साथ ही, उत्पादों में उप-श्रृंखलाओं की संख्या को भी नियंत्रित किया जा सके। इसका अर्थ है कि C1–C4 घटकों का उत्पादन 4% से अधिक न हो। साथ ही, नेफ्था एवं डीजल उत्पादों का अनुपात 3:8 होना चाहिए, एवं डीजल उत्पादों का घनीकरण बिंदु -20°C से कम होना चाहिए। यदि ओपन-रिंग/क्रैकिंग प्रक्रिया के दौरान तेल उत्पादों की साइड-चेनें अत्यधिक मात्रा में टूट जाती हैं, तो इससे न केवल उत्पादों की कुल प्राप्ति में कमी आती है, बल्कि डीजल उत्पादों के कम गिलनांक वाले गुण भी नष्ट हो जाते हैं। इसके अलावा, हाइड्रोजन की खपत भी बढ़ जाती है, जिससे पूरी परियोजना की आर्थिक लाभप्रदता प्रभावित होती है। **योजना-2: सामग्री संतुलन तालिका**
| परियोजना | सामग्री का नाम | वजन % | किलोग्राम/घंटा | हजार टन/वर्ष | टिप्पणियाँ |
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| इनपुट | कोयला-टार | 100 | 12500 | 10 | 8000 घंटे |
| | हाइड्रोजन | 9 | 1125 | 0.9 | 13000 Nm³/घंटा |
| | DMDS | 0.3 | 37.5 | 0.03 | सल्फराइजिंग एजेंट |
| **कुल** | 109.3 | 13662.5 | 10.93 | |

| आउटपुट | H2S+NH3 | 1.37 | 171.25 | 0.137 |
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| | शुष्क गैस | 5 | 625.00 | 0.50 |
| | नेफ्था | 25.38 | 3172.5 | 2.538 |
| | डीजल | 69.19 | 8468.75 | 6.919 |
| | पानी | 6.86 | 857.5 | 0.686 |
| | अवशिष्ट तेल | 1.5 | 187.5 | 0.15 |
| **कुल** | 109.3 | 13662.5 | 10.93 | |

**योजना-1 की कुल लागत 30899 लाख रुपये है; इसमें से निर्माण हेतु लागत 30570 लाख रुपये है।**
**योजना-2 की कुल लागत 29170 लाख रुपये है; इसमें से निर्माण हेतु लागत 28822 लाख रुपये है।**

**दोनों योजनाएँ परियोजना की आवश्यकताओं को पूरा करने में सक्षम हैं।** तुलनात्मक रूप से, योजना-2 में योजना-1 की तुलना में अधिक लाभ है। इसके कारण हैं:
1. बॉयलिंग बेड तकनीक का उपयोग, जिससे प्रक्रिया अधिक उन्नत हो जाती है; इससे ऊष्मा प्राप्त करने, तापमान बढ़ाने एवं कोक बनने संबंधी समस्याओं का बेहतर तरीके से समाधान हो जाता है। ； 2. कच्चे माल का रूपांतरण दर अधिक है; कोयला-टार को उच्च गुणवत्ता वाले, उच्च मूल्य वाले पेट्रोल एवं डीजल में परिवर्तित किया जा सकता है। ； 3. हाइड्रोजनीकरण उपकरणों के लंबे समय तक निरंतर संचालन की गारंटी है; (बॉयलिंग बेड वाले हाइड्रोजनीकरण उपकरण 2 वर्ष से अधिक समय तक काम कर सकते हैं, जबकि फिक्स्ड बेड वाले उपकरण 8-10 महीने तक काम कर सकते हैं)। इससे संचालन में कठिनाई कम हो जाती है, एवं निवेश भ ； 4. उत्प्रेरकों का ऑनलाइन ही पुनरुत्पादन संभव है; इसके लिए संयंत्र को बंद करके उत्प्रेरकों को निकालने/लगाने की आवश्यकता नहीं है। इससे संयंत्र का स्थिर एवं दक्ष र ； 5. आर्थिक लाभ अधिक हैं; साथ ही, उपकरणों की संसाधन करने की क्षमता में भी काफी वृद्धि हुई है। इससे संभावित लाभ और भी अधिक हो जाते हैं। 150,000 टन/वर्ष की क्षमता वाला बॉयलिंग बेड टार हाइड्रोजनीकरण उद्योगिक संयंत्र, अगस्त 2015 में हेबेई के हुआंगहुआ में सफलतापूर्वक स्थापित किया गया। इससे प्रक्रिया सुचारू रूप से चलने लगी, एवं वांछित परिणाम प्राप्त हुए।