उत्प्रेरक-आधारित पुनर्संश्लेषण प्रक्रिया का विकास इतिहास

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वर्ष 1911 में, रूसी रसायनज्ञ ज़ेलिन्स्की ने ही कैटालिटिक रीफॉर्मिंग संबंधी मूलभूत अभिक्रियाओं की खोज की। उत्प्रेरक की उपस्थिति में, सीधे शोधन द्वारा प्राप्त पेट्रोल में मौजूद हाइड्रोकार्बन अणुओं की संरचना को नई संरचनाओं में बदलने की प्रक्रिया को “उत्प्रेरक-सहायित पुनर्संरचना” कहा जाता है। उत्प्रेरक-आधारित पुनर्संश्लेषण को, उपयोग किए जाने वाले उत्प्रेरकों के प्रकार के आधार पर, प्लैटिनम-आधारित पुनर्संश्लेषण, प्लैटिनम-रेनियम-आधारित पुनर्संश्लेष उत्प्रेरक-सहायित पुनर्संरचना प्रक्रिया में मुख्य रूप से साइक्लोअल्केनों का डिहाइड्रोजनीकरण, अल्केनों का चक्रीकरण-डिहाइड्रोजनीकरण आदि ऐसी अभिक्रियाएँ होती हैं, जिनके परिणामस्वरूप आरोमैटिक यौगिक बनते हैं। साथ ही, अल्केनों का आइसोमरीकरण एवं हाइड्रोजनीकरण-विघटन पुनर्संश्लेषण के बाद प्राप्त होने वाले उत्पादों में मुख्य रूप से एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन एवं आइसोमरिक अल्केन होते हैं। इनका ऑक्टेन संख्या मान उच्च होता है, जबकि एलीन्स एवं सल्फर की मात्रा बहुत कम होती है। इस प्रकार, उत्प्रेरक-सहायित पुनर्संश्लेषण के द्वारा उच्च ऑक्टेन संख्या वाला, शुद्ध पेट्रोल प्राप्त किया जा सकता है। साथ ही, उत्प्रेरक-सहायित पुनर्संश्लेषण, बेंजीन, टोलुइन एवं डाइमेथिलबेंजीन जैसे हल्के एरोमैटिक हाइड्रोकार्बनों ए 1. मैंगनीज (क्रोमियम) आधारित कैटलिटिक रीफॉर्मिंग: वर्ष 1940 में संयुक्त राज्य अमेरिका में पहला कैटलिटिक रीफॉर्मिंग उपकरण निर्मित किया गया; इसमें MnO3/Al2O3 या Cr2O3 जैसे उत्प्रेरकों का उपयोग किया गया। पुनर्व्यवस्थीकरण अभिक्रिया, 480–530°C तापमान एवं 1.0–2.0 Mpa (H2 दबाव) की स्थितियों में, फिक्स्ड-बेड रिएक्टर में होती है। उपयोग किए जाने वाले उत्प्रेरक के आधार पर, इसे मोलिब्डेनम रीफॉर्मिंग या क्रोमियम रीफॉर्मिंग कहा जाता है; इसे “हाइड्रोजन-आधारित रीफॉर्मिंग” इस प्रक्रिया से उच्च ऑक्टेन वैल्यू वाला पेट्रोल प्राप्त किया जा सकता है इस प्रक्रिया का लाभ यह है कि पेट्रोल का उत्पादन, थर्मल रीफॉर्मिंग की तुलना में काफी अधिक होता है; साथ ही, इससे पेट्रोल की स्थिरता भी बढ़ जाती है। मोलिब्डेनम (क्रोमियम) आधारित प्रक्रिया के नुकसान यह हैं कि इसमें उत्प्रेरक की सक्रियता एवं एरोमेटाइजेशन प्रक्रिया की चयनात्मकता कम होती है। कार्बन जमाव की दर अधिक होने के कारण उत्प्रेरक की स्थिरता कम रहती है, तथा अभिक्रिया का चक्र छोटा होता है। 4–12 घंटों के बाद ही उत्प्रेरक को पुनः उपयोग में लाने हेतु जलाना पड़ता है। इस प्रक्रिया में प्रसंस्कृत की जाने वाली सामग्री की मात्रा कम होती है, तथा संचालन संबंधी लागत भी अधिक होती है प्राप्त होने वाले पेट्रोल की मात्रा एवं इसका ऑक्टेन स्तर अभी भी कम ही है। इसलिए, द्वितीय विश्व युद्ध के बाद मोलिब्डेनम (क्रोमियम) संशोधन का विकास रुक गया। 2. पुनर्जननात्मक एवं अर्ध-पुनर्जननात्मक प्लैटिनम (रेनियम) रीफॉर्मिंग – वर्ष 1949 में, अमेरिकी कंपनी यूओपी (UOP) ने मूल्यवान धातु प्लैटिनम युक्त रीफॉर्मिंग कैटालिस्ट (Pt/Al2O3) का विकास सफलतापूर्वक किया। Pt/Al2O3 रीफॉर्मिंग कैटालिस्ट के आविष्कार ने कैटालिटिक रीफॉर्मिंग के क्षेत्र में एक नया युग शुरू किया। इस उत्प्रेरक की सक्रियता बहुत अधिक है – MnO3/Al2O3 उत्प्रेरक की तुलना में यह दस गुना से अधिक सक्रिय है, जबकि Cr2O3 उत्प्रेरक की तुलना में यह 100 गुना से अधिक सक्रिय है। यह अभिक्रिया कम तीव्रता वाली परिस्थितियों में ही होती है; इसकी चयनात्मकता अच्छी है, तरल उत्पादों की प्राप्ति दर भी अधिक है। इस उत्प्रेरक पर कार्बन जमने की दर कम है, इसकी स्थिरता अच्छी है, एवं इसका निरंतर उपयोग आधा साल से एक साल तक किया जा सकता है, बिना इसे पुनः तैयार करने की आवश्यकता के। इसके कारण ही 50 एवं 60 के दशकों में Pt/Al2O3 उत्प्रेरकों में भारी विकास हुआ, एवं ये जल्द ही मोलिब्डेनम/क्रोमियम ऑक्साइड युक्त उत्प्रेरकों की जगह ले गए। पेट्रोल के ऑक्टेन मान एवं आरोमैटिक हाइड्रोकार्बनों के उत्पादन को बढ़ाने हेतु, कैटालिटिक रीफॉर्मिंग उपकरणों की कार्यक्षमता को बढ़ाना आवश्यक है। इसके कारण कैटालिस्ट पर कार्बन जमाव की दर बढ़ जाती है, जिससे कैटालिस्ट की कार्यक्षमता तेजी से कम हो जाती है। इस विरोधाभास को दूर करने हेतु, “स्थिर-बिस्तर आधारित प्लैटिनम रीजेनरेशन” (4–5 रिएक्टरों का बारी-बारी से रीजेनरेशन) एवं “अर्ध-रीजेनरेटिव प्लैटिनम रीजेनरेशन” (4–5 रिएक्टरों का बारी-बारी से रीजेनरेशन) जैसी विधियाँ विकसित की गईं। वर्ष 1967 में, अमेरिकी कंपनी शेवरॉन ने Pt-Re/Al2O3 द्विधात्विक पुनर्संरचना उत्प्रेरक का सफलतापूर्वक आविष्कार किया; इसे “रेनिफॉर्मिंग” (RHENIFORMING) नाम दिया गया। दावा किया जा रहा है कि उत्प्रेरकों का उपयोग नए विकास चरण में पहुँच गया है। Pt-Re/Al2O3 द्विधात्विक पुनर्संश्लेषण उत्प्रेरक में न केवल अभिक्रियाशीलता में सुधार हुआ है, बल्कि चयनात्मकता में भी काफी वृद्धि हुई है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि इस उत्प्रेरक की स्थिरता, Pt/Al2O3 उत्प्रेरक की तुलना में कई गुना अधिक है। इस कारण पुनर्संश्लेषण उपकरणों को कम दबाव (1.5–2.0 MPa) पर भी लंबे समय तक कार्य करने की सुविधा मिलती है। हाइड्रोकार्बनों के एरोमेटाइजेशन की प्रक्रिया में भी काफी सुधार हुआ है; इस कारण यह उत्प्रेरक Pt/Al2O3 उत्प्रेरक का बेहतर विकल्प साबित हुआ है। वर्षों के दौरान, विभिन्न देशों ने कई प्रकार के द्वि/बहु-धातु आधारित रीफॉर्मिंग कैटालिस्ट विकसित किए हैं; जैसे कि Pt-Re, Pt-Sn, Pt-Ge आदि। 3. निरंतर पुनर्संश्लेषण की प्रक्रिया में, पारंपरिक अर्ध-पुनर्जननात्मक उत्प्रेरक-पुनर्संश्लेषण विधि की तुलना में, रिएक्टर में मौजूद उत्प्रेरकों को पुनर्जनन हेतु बिना कार्य रोके ही रीजेनरेटर में भेजा जा सकता है। वर्तमान में, दुनिया में “कंटीन्यूअस रीफॉर्मिंग” प्रक्रियाओं के दो प्रमुख उदाहरण हैं – अमेरिकी कंपनी UOP द्वारा विकसित CCR प्लेटफॉर्मिंग प्रक्रिया, एवं फ्रांसीसी कंपनी IFP द्वारा विकसित ऑक्टेनाइजिंग प्रक्रिया। 4. हमारे देश में कैटलिटिक रीफॉर्मिंग तकनीक का विकास: 1967 में, हमारे देश में पहला कैटलिटिक रीफॉर्मिंग उत्पादन संयंत्र दाकिंग में स्थापित किया गया। 70 के दशक के बाद, हमारे देश ने 3741, 3752, CB-4 आदि जैसे डुअल-मेटल रीफॉर्मिंग कैटालिस्टों का सफलतापूर्वक विकास किया। 1980 के दशक में, चीनी पेट्रोलियम एवं रसायन विज्ञान संस्थान (RIPP) तथा फुशुन पेट्रोलियम एवं रसायन विज्ञान संस्थान ने क्रमशः CB-5, CB-6, CB-7, CB-8 जैसे प्लैटिनम-रेनियम डाइमेटल कैटालिस्ट, एवं PS-Ⅵ जैसे प्लैटिनम-टिन आधारित कैटालिस्ट विकसित किए। 1986 में, हमारे देश में पहली बार “कंटिन्यूअस रीफॉर्मिंग कैटलिस्टिक” तकनीक का उपयोग करके 3861 उत्पादों का औद्योगिक स्तर पर निर्माण सफलतापूर वर्ष 1994 में, GCR-10 कैटालिस्ट का उपयोग सीएसआरसी के गुआंगझोउ पेट्रोकेमिकल प्लांट में UOP तकनीक वाले सतत पुनर्संश्लेषण उपकरणों में औद्योगिक उद्देश्यों हेतु किया गया। RIPP द्वारा विकसित, एवं सीनोपेक चांगलिंग शाखा द्वारा औद्योगिक स्तर पर निर्मित PS-Ⅶ प्रकार के निरंतर पुनर्संश्लेषण उत्प्रेरक में उच्च मात्रा में प्लैटिनम, उच्च Sn/Pt अनुपात, उच्च सतही क्षेत्रफल, एवं द्वि-चरणीय इमर्शन विधि का उपयोग किया गया है। इसमें A/B सहायक पदार्थ भी मिलाए गए हैं; जिसके कारण इस उत्प्रेरक में उच्च चयनात्मकता, कम कार्बन जमाव दर, एवं उच्च स्थिरता है। जून 2001 में, सीएसआईसी की चांगलिंग रिफाइनरी कंपनी के 500 किलोटन/वर्ष क्षमता वाले लो-प्रेशर कॉम्बिनेशन बेड रीफॉर्मिंग उपकरण को पहली ही बार सफलतापूर्वक संचालित किया गया।