डंप ऑयल हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक के अनुप्रयोगों में हुई प्रगति

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इस पोस्ट को अंतिम बार “मैं सद्गुणी” ने 2016-8-14 को 16:29 बजे संपादित किया। भारी तेल के हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक के अनुप्रयोग में प्रगति। वर्तमान में, हमारे देश का आर्थिक विकास “नए सामान्य” चरण में है; इसलिए विकास की गुणवत्ता, पर्यावरण संरक्षण एवं संसाधनों के संरक्षण पर अधिक ध्यान दिया जा रहा है। ऊर्जा का स्वच्छ उत्पादन एवं कुशल उपयोग, हमारे देश के तेल शोधन उद्योग के हरित एवं सतत विकास हेतु सबसे बड़ी चुनौतियों में से है। वर्तमान में, अंतरराष्ट्रीय तेल की कीमतें कम स्तर पर हैं; इसलिए रिफाइनरियों के लिए खराब गुणवत्ता वाले कच्चे तेल को प्रसंस्कृत करना आर्थिक रूप से व्यावहारिक नहीं रह लेकिन दीर्घकालिक रूप से, कच्चे तेल के गुणवत्ता में गिरावट आना अनिवार्य है। विस्कोसिटी कम करने, कोकिंग, रेसिड ऑयल हाइड्रोजनेशन जैसी तकनीकों सहित भारी तेलों के प्रसंस्करण हेतु उपयोग में आने वाली तकनीकें, भविष्य में विशेष रूप से उपयोग में लाने एवं लगातार विकसित करने योग्य महत्वपूर्ण तकनीकें ही रहेंगी। चिपचिपाहट कम करने, कोकिंग आदि ऊष्मीय प्रसंस्करण प्रक्रियाओं की तुलना में, अवशेष तेल हाइड्रोजनीकरण प्रौद्योगिकी में कच्चे माल के लिए उच्च अनुकूलनता एवं प्रसंस्करण में लचीलापन है। यह अवशेष तेल के स्वच्छ एवं कुशल उपयोग को संभव बनाती है, तथा कच्चे तेल के खराब होने की चुनौती से निपटने हेतु एक प्रमुख तकनीकी साधन है। डक्ट ऑयल हाइड्रोजनीकरण तकनीक को उसके उपयोग के आधार पर मुख्य रूप से हाइड्रोजनीकरण एवं हाइड्रोजनीकरण-फ्रैक्चरेशन नामक दो अवशेष तेल के हाइड्रोजनीकरण की प्रक्रिया मुख्य रूप से स्थिर-बेड हाइड्रोजनीकरण है; यह प्रक्रिया परिपक्व है। इसका उपयोग अवशेष तेल को सुधारने हेतु किया जाता है, ताकि उसे कैटालिटिक क्रैकिंग इकाईयों में कच्चे माल के रूप में उपयोग किया जा सके। इस प्रक्रिया में रूपांतरण दर आमतौर पर केवल 15%–20% ही होती है। कच्चे तेल के हाइड्रोक्रैकिंग तकनीकों को मुख्य रूप से “बॉयलिंग बेड” एवं “सस्पेंडेड बेड” नामक दो श्रेणियों में विभाजित किया जाता है; इनका उपयोग खराब गुणवत्ता वाले कच्चे तेल को ऊर्जा उत उबलते बिस्तर वाली हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक का उपयोग, उच्च अवशेष-कार्बन एवं उच्च धातु-सामग्री वाले निम्न गुणवत्ता वाले अवशेष तेलों के प्रसंस्करण हेतु किया जा सकता है। इस तकनीक में विखंडन एवं शुद्धिकरण दोनों क्रियाएँ होती हैं; इसकी रूपांतरण दर 60% से 80% तक होती है, एवं शुद्धिकरण की डिग्री भी उच्च होती है। ； लेकिन हाइड्रोजन का दबाव अधिक होता है (>15 मेगापास्कल), इसलिए उत्प्रेरकों के संबंध में भी विशेष आवश्यकताएँ होती हैं। रेजिड्यूअल ऑयल सस्पेंशन बेड हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक की प्रमुख विशेषता यह है कि इसमें रूपांतरण दर उच्च होती है एवं निकलने वाले अवशिष्ट तेल की मात्रा कम होती है। बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग की तुलना में, सस्पेंडेड बेड हाइड्रोक्रैकिंग में रूपांतरण दर आम तौर पर 90% से अधिक होती है; इससे इसकी स्पष्ट श्रेष्ठता स्पष्ट होती है। हालाँकि, औद्योगिक उपयोग के मामले में यह बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग जितना विकसित एवं सामान्य नहीं है। तकनीकों का वर्तमान उपयोग एवं तुलनात्मक विश्लेषण
1. स्लैग ऑयल बॉइलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक >>>> वर्तमान उपयोग
दुनिया में स्लैग ऑयल बॉइलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग तकनीकों में मुख्य रूप से एक्सेन्स कंपनी की H-Oil तकनीक, CLG (चेवरॉन लम्मस ग्लोबल) की LC-फाइनिंग तकनीक, एवं चाइना पेट्रोलियम कॉर्पोरेशन की STRONG तकनीक शामिल हैं। वर्तमान में, वाणिज्यिक उद्देश्यों हेतु उपयोग में आने वाले कच्चे तेल के हाइड्रोक्रैकिंग उपकरणों में H-Oil एवं LC-Fining तकनीकों का ही उपयोग किया जाता है। चाइना पेट्रोकेमिकल्स की STRONG तकनीक का औद्योगिक प्रदर्शन उपकरण विकसित कर लिया गया है, एवं इसके प्रारंभिक परीक्षण भी किए जा चुके हैं। एक्सेन्स कंपनी की एच-ऑयल तकनीक का औद्योगिक उपयोग, तालिका 1 में दर्शाए अनुसार, लगभग 13 उद्यमों में किया गया है। इन उद्यमों की कुल उत्पादन क्षमता लगभग 24 मिलियन टन/वर्ष है। CLG कंपनी की LC-फाइनिंग तकनीक के अंतर्गत स्थापित एवं निर्माणाधीन संयंत्रों की सूची तालिका 2 में दी गई है। इस तकनीक का उपयोग लगभग 13 उद्यमों में किया गया है; इन उद्यमों की कुल उत्पादन क्षमता लगभग 32 मिलियन टन/वर्ष है। इनमें से, LC-MAX डंप ऑयल प्रसंस्करण तकनीक (LC-Fining एवं सॉल्वेंट डी-अस्फाल्टिंग तकनीकों का संयोजन) को 2013 में पहली बार हमारे देश की शानडोंग शेनची केमिकल कंपनी को दिया गया। यह कंपनी 276 मिलियन टन/वर्ष की क्षमता वाला संयंत्र बना रही है, एवं इस संयंत्र को 2016 में संचालित किए जाने की योजना है। चाइना पेट्रोकेमिकल फूशुन पेट्रोकेमिकल रिसर्च इंस्टीट्यूट ने क्रमशः बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग प्रक्रिया, कैटालिस्ट, पेटेंट प्राप्त उपकरण एवं उनके आंतरिक घटक, कैटालिस्ट नियंत्रण प्रणाली, एवं अपशिष्ट कैटालिस्टों के निपटान संबंधी तकनीकों का विकास किया। अंततः, इस संस्थान ने स्वदेशी बौद्धिक संपदा वाली STRONG तकनीकों का विकास किया। सितंबर 2015 में, जिनलिंग पेट्रोकेमिकल्स ने 50,000 टन/वर्ष की क्षमता वाला STRONG तकनीक पर आधारित औद्योगिक प्रदर्शन उपकरण विकसित किया। इस उपकरण पर प्रारंभिक परीक्षण किए गए, एवं परीक्षणों के परिणाम संतोषजनक रहे। तकनीक और अधिक विकसित होने के बाद, औद्योगिक स्तर पर ऐसे उपकरणों का निर्माण किया जाने की योजना है। >>>> तकनीकी तुलनात्मक विश्लेषण: H-ऑयल तकनीक में आमतौर पर दो रिएक्टरों का उपयोग किया जाता है; जबकि LC-फाइनिंग में 3 रिएक्टरों का उपयोग किया जाता है। इससे अशुद्धियों को हटाने की दर अधिक हो जाती है। चित्र 1 में दर्शाए अनुसार, इन दोनों प्रक्रियाओं में कोई मौलिक अंतर नहीं है; रिएक्टरों की संरचना भी लगभग समान है। दोनों में ही तरल पदार्थों के वितरण हेतु प्रणाली, अलगाव/पुनर्चक्रण हेतु प्रणाली, एवं उत्प्रेरकों को जोड़ने/हटाने हेतु प्रणाली भी है। इन उत्प्रेरकों का आपस में भी उपयोग किया जा सकता है। अंतर यह है कि H-Oil तकनीक में बाहरी सर्कुलेशन पंप का उपयोग किया जाता है, जबकि LC-Fining तकनीक में आंतरिक सर्कुलेशन पंप का उपयोग किया जाता है। 2. स्लग ऑयल सस्पेंडेड बेड हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक >>>> वर्तमान उपयोग: वर्तमान में, दुनिया भर में ऐसी 2 हाइड्रोक्रैकिंग इकाइयाँ स्थापित की गई हैं; इनकी कुल उत्पादन क्षमता 18 लाख टन/वर्ष है। ईएनआई कंपनी की ईएसटी तकनीक के तहत, अक्टूबर 2013 में इटली के सन्नाज़ारो रिफाइनरी में प्रति वर्ष 13.5 लाख टन अवशेष तेल को हाइड्रोक्रैकिंग करने हेतु एक औद्योगिक संयंत्र स्थापित किया गया। बीपी कंपनी की VCC तकनीक के उपयोग से, जनवरी 2015 में यानलियांग पेट्रोलियम ग्रुप द्वारा दुनिया का पहला 450,000 टन/वर्ष क्षमता वाला केरोसीन उत्पादन संयंत्र स्थापित किया गया। यहाँ कोयले एवं तेल का अनुपात 1:1 था। इसके अलावा, कई अन्य उपकरण भी निर्माणाधीन हैं, या निर्माण की योजना है। उदाहरण के लिए, पाकिस्तान की **रिफाइनिंग लिमिटेड कंपनी** ने यूनिफ्लेक्सएसएचसी तकनीक का उपयोग किया है। कंपनी 2016 में इस संयंत्र को चालू करने की योजना बना रही है; तब यहाँ प्रति वर्ष 20 लाख टन डीजल एवं 22.5 लाख टन लुब्रिकेंट उत्पादित किए जाएंगे। ； रूसी कंपनी मेंडेलीएव ग्रुप, VCC तकनीक का उपयोग करके 35 लाख टन/वर्ष क्षमता वाले औद्योगिक संयंत्रों का निर्माण कर रही है; इन संयंत्रों का संचालन 2018 में शुरू होने की उम्मीद है। ； वेनेजुएला के प्यूर्टो ला क्रूज़ स्थित रिफाइनरी, 275 मिलियन टन/वर्ष की क्षमता वाले संयंत्र के निर्माण हेतु HDHPlus/SHP तकनीक का उपयोग कर रही है; इस संयंत्र का संचालन 2016 में शुरू होने की उम्मीद है। >>>>तकनीकी तुलनात्मक विश्लेषण: गंदे तेल के रूपांतरण दर एवं उत्पादों की प्राप्ति दर को बढ़ाने हेतु, VCC तकनीक के अलावा, अन्य सभी तकनीकों में रूपांतरित न हुआ टॉवर-बेस ऑयल या डिस्ट्रेस्ड गैस ऑयल को पुनः रिएक्टर में भेजकर वहाँ उसका और अधिक रूपांतरण किया जाता है। उपयोग किए गए उत्प्रेरक भी अलग-अलग हैं; तुलनात्मक विश्लेषण के लिए तालिका 4 देखें। EST, HDHPlus/SHP एवं VRSH तकनीकों में, अपरिवर्तित टॉवर-बेस ऑयल का पुनः उपयोग किया जाता है; इससे काफी उच्च रूपांतरण दर प्राप्त होती है। ईएसटी तकनीक में, टॉवर के नीचे से प्राप्त तेल को विलायक द्वारा डी-एस्फाल्टिंग किया जाता है; इसके बाद एस्फाल्ट/कैटालिस्ट को पुनः रिएक्टर में भेजा जाता है। इस प्रक्रिया में थोड़ा ही अपशिष्ट तेल निकलता है, एवं रूपांतरण दर 97% से अधिक होती है ； HDHPlus/SHP तकनीक में, रूपांतरण प्रक्रिया के बाद शेष रहने वाले तेल को धातु पुनर्प्राप्ति इकाई के माध्यम से धातुओं में परिवर्तित किया जाता है; इन धातुओं को फिर कच्चे तेल में मिलाकर हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया जारी रखी जाती है। इस प्रक्रिया में रूपांतरण दर लगभग 100% होती है। ； वीआरएसएच तकनीक में, टॉवर के नीचे जमा होने वाले तेल का एक हिस्सा पुनः पहले रिएक्टर में भेजकर वहाँ अभिक्रिया जारी रखी जाती है। भारी घटकों को विलायक द्वारा डी-एस्फैल्ट किए जाने के बाद, उनके अवशेषों में मौजूद उत्प्रेरकों को पुनः सक्रिय करके उनका पुनः उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया में रूपांतरण दर लगभग 100% होती है। टॉवर के तल से प्राप्त तेल के पुनर्चक्रणीय अभिक्रिया के अलावा, HDHPlus/SHP एवं VRSH तकनीकों में सीधे डिस्टिल्ड डिसप्रेशर गैस ऑयल को भी पुनर्चक्रणीय अभिक्रिया हेतु उपयोग में लाया जाता है। HDHPlus/SHP तकनीक में, सीधे डिस्टिल्ड डिसप्रेशर गैस ऑयल को SHP भाग में भेजकर हाइड्रोजनीकरण अभिक्रिया की जाती है; जबकि VRSH तकनीक में, इस तेल को दूसरे बॉयलिंग बेड रिएक्टर में भेजा जाता है। यूनिफ्लेक्सएसएचसी तकनीक में, कच्चे तेल को एक ही बार रिएक्टर में भेजा जाता है; कम दबाव वाला भारी गैसीय तेल फिर से रिएक्टर में भेजकर वहाँ अधिक प्रतिक्रिया होती है। इस प्रक्रिया में, अपरिवर्तित तेल बाहर निकाल दिया जाता है, एवं परिवर्तन दर 90% से अधिक होती है। VCC तकनीक में, कच्चे तेल को एक ही बार प्रसंस्कृत किया जाता है; इसमें सीधे डिस्टिल्ड वैक्यूम गैस ऑयल को हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया में भेजा जाता है, जिससे रूपांतरण दर 85% से 95% तक होती है। ऊपर वर्णित तकनीकों का उपयोग टॉवर के नीचे जमा हुए तेल के निपटान हेतु नहीं किया जाता है; जैसा कि तालिका 5 में दर्शाया गया है। ऐसे तेल के निपटान हेतु मुख्य रूप से कोकिंग, सीमेंट निर्माण, एस्फाल्ट तैयार करना, एवं अपरिवर्तित तेल से धातुओं को निकालना/पुनर्प्राप्त करना जैसी विधियों का नई खोजें/प्रगतियाँ: 1. स्लैग ऑयल बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक – बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक का उपयोग न केवल सामान्य स्लैग ऑयल के हाइड्रोक्रैकिंग हेतु किया जाता है, बल्कि असामान्य कच्चे तेलों, जैसे कनाडा के ऑयल सैंड एस्फाल्ट के हाइड्रोजनीकरण हेतु भी किया जाता है। इसका उपयोग आमतौर पर कोकिंग, सॉल्वेंट डी-एस्फाल्टिंग आदि प्रक्रियाओं के साथ मिलकर सिंथेटिक कच्चे तेल उत्पन्न करने हेतु भी किया जाता है। हाल के वर्षों में, बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक संबंधी अनुसंधान भी मुख्य रूप से कोकिंग, सॉल्वेंट-डिअस्फैल्किंग आदि तकनीकों के साथ इसके एकीकरण पर केंद्रित रहा है। >>>> संयुक्त प्रसंस्करण प्रक्रियाएँ: एक्सेन्स एवं सीएलजी कंपनियों ने 2012 में अमेरिकन फ्यूल एंड पेट्रोकेमिकल प्रोड्यूसर्स एसोसिएशन (AFPM) के वार्षिक सम्मेलन में क्रमशः H-Oil – देरीकृत कोकिंग एवं LC-Fining – सॉल्वेंट डीएस्फाल्टिंग (LC-Max) नामक संयुक्त प्रसंस्करण प्रक्रियाओं का वर्णन किया। LC-MAX प्रक्रिया की सबसे विशिष्ट विशेषता सॉल्वेंट डीएस्पाल्टिंग (SDA) यूनिट की व्यवस्था है। पहले, SDA का उपयोग बॉयलिंग बेड एवं फिक्स्ड बेड हाइड्रोक्रैकिंग प्रक्रियाओं में किया जाता था; ऐसी प्रक्रियाओं में अधिकांशतः SDA उपकरणों को स्लैग ऑयल हाइड्रोक्रैकिंग उपकरणों के ऊपर ही स्थापित किया जाता था। इससे स्लैग ऑयल का हाइड्रोक्रैकिंग आसान हो जाता था, लेकिन कुल रूपांतरण दर पर प्रभाव पड़ता था, क्योंकि डी-प्रेशर्ड स्लैग ऑयल के विघटन के बाद बड़ी मात्रा में एस्फाल्ट उत्पन्न होता था। इसलिए, SDA उपकरणों को ऐसी जगहों पर ही स्थापित किया जाना चाहिए, जहाँ डामर के उत्पादन को न्यूनतम किया जा सके एवं समग्र रूपांतरण दर में वृद्धि की जा सके। CLG कंपनी, प्रसंस्करण में कठिनाई वाले रूसी निर्यातित कच्चे तेल के डिप्रेशन स्लग को कच्चे माल के रूप में उपयोग में लाती है; एलसी-फाइनिंग एवं एलसी-मैक्स प्रक्रियाओं का उपयोग करके हाइड्रोक्रैकिंग परीक्षण किए गए। परीक्षणों से प्राप्त आंकड़े तालिका 6 में दिए गए हैं। एलसी-मैक्स प्रक्रिया के तहत, चीन के शानडोंग प्रांत के डोंगयिंग शहर में दुनिया की पहली औद्योगिक सुविधा विकसित की जा रही है। इस सुविधा की उत्पादन क्षमता 27 लाख टन/वर्ष है। इसे 2016 में स्थापित करके उत्पादन शुरू करने की योजना है। इस सुविधा में मेरे-18 एवं अरबी हेवी क्रूड ऑयल से बने 50:50 मिश्रण को प्रसंस्कृत किया जाएगा; इस प्रक्रिया में रूपांतरण दर 90% होगी। इससे यूरो V मानकों के अनुरूप अत्यंत कम सल्फर वाला डीजल, एवं कैटालिटिक रीफॉर्मिंग हेतु आवश्यक नॉर्मलाइज्ड ऑयल भी उत्पन्न होगा। एलसी-मैक्स उपकरण द्वारा निर्मित तेल-रहित एस्फाल्ट का उपयोग, हाइड्रोजन उत्पादन हेतु गैसीकरण उपकरणों (सीबी&आई कंपनी द्वारा प्रदान की गई ई-गैस तकनीक) में कच्चे माल के रूप में किया जाता है। चाइना पेट्रोकेमिकल फूशुन रिसर्च इंस्टीट्यूट ने STRONG प्रक्रिया के विकास के आधार पर, बॉयलिंग बेड-कैटालिटिक फ्रैक्शनिंग, बॉयलिंग बेड-कोकिंग, बॉयलिंग बेड-फिक्स्ड-बेड स्लैग ऑयल हाइड्रोजनीकरण आदि जैसी एकीकृत प्रक्रियाओं का विकास किया है। परीक्षण परिणामों से पता चला कि बॉयलिंग बेड हाइड्रोजनीकरण विधि का उपयोग करके खराब गुणवत्ता वाले तेलों का उपचार करने पर, हल्के तेलों की प्राप्ति दर 63% से अधिक है; जबकि पेट्रोल + डीजल + लिक्विफाइड गैस की प्राप्ति दर 78.27% है। इससे पता चलता है कि बॉयलिंग बेड हाइड्रोजनीकरण विधि के उपयोग से खराब गुणवत्ता वाले तेल भी कैटालिटिक फ्रैक्शनिंग हेतु उपयुक्त कच्चे माल के रूप में उपयोग में आ सकते हैं। इस विधि से हल्के तेलों की प्राप्ति दर अधिक होती है, एवं जब विभिन्न अनुपातों में कैटालिटिक फ्रैक्शनिंग से प्राप्त तेलों को मिलाया जाता है, तो पेट्रोल + डीजल + लिक्विफाइड गैस की प्राप्ति दर में कम से कम 1.04% की वृद्धि होती है। ； अलग-अलग कोकिंग प्रक्रियाओं की तुलना में, बॉयलिंग बेड-कोकिंग एकीकृत प्रक्रिया का उपयोग करके निम्न गुणवत्ता वाले तेलों को संसाधित करने पर कुल तरल उत्पादन 13.57% तक बढ़ जाता है; इससे आर्थिक लाभ भी काफी बढ़ जाता है। साथ ही, इस एकीकृत प्रक्रिया में कच्चे तेलों के लिए उपयुक्तता अधिक है, प्रक्रिया लचीली है, एवं तैयार होने वाले तेलों की गुणवत्ता भी उच्च है। इसलिए यह कच्चे तेल संसाधनों के कुशल उपयोग हेतु एक बेहतरीन विकल्प है। ； बॉयलिंग बेड-फिक्स्ड बेड प्रक्रिया का उपयोग, ऐसे निम्न गुणवत्ता वाले स्लैग ऑयलों के हाइड्रोजनीकरण हेतु किया जाता है, जिनमें धातुओं की मात्रा क्रमशः 118 ग्राम/ग्राम एवं 233 ग्राम/ग्राम है, जबकि कार्बन की मात्रा क्रमशः 15.7% एवं 21.1% है। इस प्रक्रिया में बॉयलिंग बेड एवं फिक्स्ड बेड दोनों ही स्थिर रूप से कार्य कर सकते हैं। हाइड्रोजनीकरण के बाद प्राप्त स्लैग ऑयलों में धातुओं की मात्रा क्रमशः 10.6 ग्राम/ग्राम एवं 7.8 ग्राम/ग्राम है, जबकि कार्बन की मात्रा क्रमशः 5.6% एवं 5.2% है। इसे सीधे कैटलिटिक फ्रैक्चरेशन उपकरणों में कच्चे माल के रूप में उपयोग में लाया जा सकता है; इससे अधिक लाभ प्राप्त होता है। यह प्रक्रिया 3 वर्षों तक स्थिर रूप से कार्य कर सकती है, जिससे इसे निचले स्तर के उपकरणों के साथ जोड़कर समन्वित रूप से संचालित किया जा सकता है। अमेरिकी कंपनी फ्लूरो, डी-प्रेशर स्लैग ऑयल के प्रसंस्करण हेतु “डिलेड कोकिंग” एवं “बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग” जैसी तकनीकों का उपयोग करती है। इस कंपनी ने एस्पेन सॉफ्टवेयर के रैखिक योजना मॉडल का उपयोग करके कोकिंग विधि, बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग विधि, एवं बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग + मौजूदा कोकिंग विधि के संयोजन जैसी तीन विधियों की आर्थिक दक्षता की तुलना की। विवरण तालिका 7 में दिए गए हैं। कोकिंग विधि की तुलना में, जिसमें पूंजी व्यय में केवल 23% की वृद्धि होती है, बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग विधि से प्राप्त निवेश पर रिटर्न 3.9% अधिक है। ； फ्लोटिंग-बेड हाइड्रोक्रैकिंग एवं मौजूदा कोकिंग उपकरणों के संयुक्त उपयोग से तो और भी बेहतर लाभ प्राप्त किए जा सकते हैं। फूलू कंपनी का मानना है कि डी-प्रेशर स्लग के उन्नयन हेतु आर्थिक मूल्यांकन को पूंजीगत व्यय, कच्चे माल एवं उत्पादों के बाजार, परियोजना का स्थान एवं लॉजिस्टिक्स, तथा निवेश से होने वाले लाभों के आधार पर ही निर्धारित किया जाना चाहिए। कोई भी एक समाधान सभी स्थितियों में उपयुक्त नहीं हो सकता। बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग विधि, 15 मिलियन टन/वर्ष से अधिक उत्पादन क्षमता वाले बड़े रिफाइनरी संयंत्रों के लिए आकर्षक हो सकती है। लेकिन 10 मिलियन से 12.5 मिलियन टन/वर्ष उत्पादन क्षमता वाले मौजूदा या नए रिफाइनरी संयंत्रों के लिए, इस विधि के लिए आवश्यक पूंजी निवेश की मात्रा, संयंत्रों की निवेश क्षमता से अधिक होगी। बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग + मौजूदा कोकिंग प्रक्रियाओं का संयोजन, डिस्टिलेट तेल की उत्पादन क्षमता को बढ़ाने में सहायक है; यह अकेली किसी एक प्रक्रिया की तुलना में बेहतर है। हालाँकि, इस संयोजन प्रक्रिया में कोकिंग की क्षमता, उत्पन्न होने वाले कोक की मात्रा से प्रभावित होती है। लेकिन इस समस्या को, कोकिंग एवं बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग प्रक्रियाओं में होने वाले डी-वेसल ऑयल के रूपांतरण दरों को संतुलित करके हल किया जा सकता है। भारी गुणवत्ता वाले डिस्टिलेटेड ऑयल के प्रभावी रूप से संसाधन हेतु, रूस की टोपोचेव ऑयल केमिकल सिंथेसिस रिसर्च इंस्टीट्यूट एवं अमेरिका की CLG कंपनी ने मिलकर एक ऐसी प्रक्रिया विकसित की है, जिसमें विशेष रूप से विकसित सूक्ष्म नैनो-उत्प्रेरकों का उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया में उत्प्रेरकों की मात्रा बहुत कम होती है – 0.01% से भी कम; इससे कोई अपशिष्ट नहीं उत्पन्न होता, एवं यह अशुद्धियों के प्रति संवेदनशील भी नहीं है। इस प्रक्रिया द्वारा उच्च ग्लूइसिडिटी, एस्फाल्टिनिटी, एवं उच्च मात्रा में धातुओं, सल्फर एवं नाइट्रोजन वाले भारी तेल घटकों को लघु एवं मध्यम गुणवत्ता वाले तेलों में परिवर्तित किया जा सकता है; इससे ईंधन, पेट्रोकेमिकल उत्पादों एवं बेस ऑयलों का उत्पादन अधिकतम हो जाता है। जब रिएक्टर में हाइड्रोजन का दबाव 6.0–8.0 मेगापास्कल एवं आवधिक समय 0.5–2.0 घंटे/किलोग्राम होता है, तब 92%–95% तक कच्चे माल को पेट्रोल, डीजल जैसे हल्के घटकों में परिवर्तित किया जा सकता है। इससे ईंधन तेल का उत्पादन कम हो जाता है, या बिल्कुल नहीं होता। यह प्रक्रिया आर्थिक दृष्टि से भी अत्यंत लाभदायक है। तालिका 8 में, इस प्रक्रिया को अपनाने से पहले एवं बाद में रिफाइनरियों में उत्पादित उत्पादों की मात्रा में हुए परिवर्तनों का वर्णन किया गया है। इससे पता चलता है कि जब ईंधन तेल का उत्पादन नहीं होता, तो लिक्विफाइड गैस, नेफ्था एवं डीजल का उत्पादन काफी बढ़ जाता है; जबकि पेट्रोल का उत्पादन थोड़ा कम हो जाता है। कुल मिलाकर, उत्पादन में 37% की वृद्धि होती है। >>>> उत्प्रेरक: वर्तमान में, अंतरराष्ट्रीय बाजार में उपलब्ध बॉयलिंग-बेड हाइड्रोक्रैकिंग उत्प्रेरकों में अल्बेमार्ल कंपनी के KF श्रृंखला के उत्प्रेरक (KF1300, KF1315, KF1312, KF1316, KF1317 आदि), क्राइटेरियन कंपनी के RN श्रृंखला के उत्प्रेरक (RN-680, RN-681), TEX श्रृंखला के उत्प्रेरक (TEX2910, TEX2720, TEX2731, TEX2740) एवं HDS-1495 शामिल हैं। इसके अतिरिक्त, ART कंपनी के GR, LS, ULS श्रृंखला के उत्प्रेरक, तथा HSLS, HCRC आदि भी उपलब्ध हैं। TEX2910, क्राइटेरियन कंपनी द्वारा विकसित सबसे नई पीढ़ी का बॉयलिंग बेड कैटालिस्ट है। इसमें अवक्षेपों को नियंत्रित करने एवं थर्मल ऑयल को रूपांतरित करने की उत्कृष्ट क्षमता है। चित्र 3 में इसका वर्णन दिया गया है; यह द्वि-चरणीय रिएक्टरों में उपयोग हेतु उपयुक्त है। आर्ट कंपनी द्वारा हाल ही में विकसित एचएचआरसी उत्प्रेरक, अभिक्रिया की कठोरता को कम करता है; इससे ऊष्मीय अभिक्रियाओं की संभावना भी कम हो जाती है। इसके परिणामस्वरूप अवशेष/कोक के निर्माण में काफी कमी आती है, एवं अपशिष्ट तेल के रूपांतरण दर में भी वृद्धि होती है। सामान्य अभिक्रिया परिस्थितियों में, HCRC उत्प्रेरक के उपयोग से कच्चे तेल का रूपांतरण-दर 4% बढ़ जाता है; सल्फर एवं नाइट्रोजन हटाने की दरें क्रमशः 4% एवं 3% बढ़ जाती हैं। सूक्ष्म कार्बन को हटाने की दर 6% बढ़ जाती है। डिस्टिल्ड तेल एवं वीक्यूप्रेशर वैक्स ऑयल में नाइट्रोजन की मात्रा भी कम हो जाती है। इसके साथ ही, एआरटी कंपनी ने बॉयलिंग बेड उपकरणों में HCRC/HSLS द्विकारक प्रणाली का उपयोग करके होने वाली अभिक्रियाओं का अध्ययन किया। अर्थात्, रिएक्टर 1 में HSLS कारक का उपयोग किया गया, जबकि रिएक्टर 2/3 में HCRC कारक का उपयोग किया गया। पायलट परीक्षणों के परिणामों से पता चला कि, केवल HCRC उत्प्रेरक का उपयोग करने की तुलना में, HCRC/HSLS द्विउत्प्रेरक प्रणाली के उपयोग से उपकरण की संचालन क्षमता में सुधार हुआ। चित्र 4 में इसका वर्णन है। उत्प्रेरकों के प्रदर्शन को बेहतर बनाकर, उत्प्रेरकों के अनुपात को समायोजित करके, एवं अभिक्रिया की परिस्थितियों में बदलाव करके उत्पादन की मात्रा एवं चयनात्मकता में सुधार किया जा सकता है; साथ ही अशुद्धियों (सल्फर, नाइट्रोजन, धातुएँ) को हटाने की दर भी नियंत्रित की जा सकती है। 2. डंप ऑयल सस्पेंशन बेड हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक: हालाँकि, सस्पेंशन बेड हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक के लिए 2 औद्योगिक उपकरण तैयार किए जा चुके हैं, लेकिन यह तकनीक अभी पूरी तरह विकसित नहीं हुई है; इसके बड़े पैमाने पर उपयोग हेतु अभी बहुत समय आवश्यक है। वर्तमान में, विभिन्न अनुसंधान संस्थानों का अनुसंधान-विकास का ध्यान अभी भी उपकरणों के दीर्घकालिक संचालन (जिसमें ‘कोकिंग’ समस्या का समाधान आवश्यक है), उच्च गतिशीलता वाले एवं अधिक प्रभावी उत्प्रेरकों के विकास जैसे क्षेत्रों पर ही केंद्रित है। >>>>प्रक्रिया: दुनिया की पहली 1.35 मिलियन टन/वर्ष क्षमता वाली सस्पेंडेड-बेड हाइड्रोक्रैकिंग उपकरण प्रणाली के औद्योगिक संचालन से पता चला कि सस्पेंडेड-बेड रिएक्टर में तापमान लगभग स्थिर रहता है; अक्षीय ताप-ांतर <2℃ एवं त्रिज्यीय ताप-ांतर <0.1℃ होता है। इस प्रणाली में गैस एवं तरल पदार्थों का प्रभावी ढंग से अलगीकरण होता है, एवं कोई बुलबुले नहीं बनते। कच्चे माल का रूपांतरण 95% से 96% तक होता है, एवं कोयला उत्पन्न नहीं होता। उत्पाद की गुणवत्ता, डिज़ाइन मानकों के अनुरूप है; जिसमें यूरो V मानक वाले डीज़ल की प्राप्ति दर 40% से अधिक है। पहली बार उत्पादन शुरू करने के 3 महीने बाद, बिजली संबंधी समस्याओं के कारण वाष्प रूपांतरण उपकरणों में गड़बड़ियाँ होने लगीं। इसके अलावा, उपकरणों की विश्वसनीयता, दक्षता एवं संचालन प्रक्रियाओं में सुधार की आवश्यकता भी महसूस हुई। इन कारणों से उपकरणों की मरम्मत हेतु उन्हें बंद करने का निर्णय लिया गया। जून 2014 में, संशोधनों के बाद इस उपकरण को दोबारा चालू किया गया। कहा जाता है कि यह लगातार ठीक से काम कर रहा है, एवं इसमें और सुधार किए जा रहे हैं। ईएनआई कंपनी ने इस तकनीक को बाहरी कंपनियों को उपलब्ध कराने हेतु अनुमति दी है; जुलाई 2015 में इसने टोटल कंपनी के साथ पहला तकनीकी हस्तांतरण समझौता किया। ज्ञात प्रक्रियाओं जैसे EST, HDHPlus/SHP, UniflexSHC, VCC आदि के अलावा, इरान ऑयल इंडस्ट्री रिसर्च इंस्टीट्यूट (RIPI) ने हेवी ऑयल हाइड्रोक्रैकिंग प्रक्रिया (HRH) भी विकसित की है। इस प्रक्रिया के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका, कनाडा, दक्षिण कोरिया एवं जापान में पेटेंट प्राप्त किए गए हैं। 180,000 बैरल/दिन क्षमता वाले औद्योगिक संयंत्रों का डिज़ाइन भी किया जा रहा है। एचआरएच प्रक्रिया की विशेषताएँ निम्नलिखित हैं: नैनो-उत्प्रेरकों का उपयोग करके उच्च मूल्य वाले उत्पादों का निर्माण किया जाता है, एवं कार्बन ； सल्फर हटाने की दर 60% से 80% तक है। ； फीड सामग्री से धातुअशुद्धियों को हटाया जाता है, एवं एक विशेष पृथक्करण प्रक्रिया में इन्हें धातु ऑक्साइड के रूप में पुनर्प्राप्त किया जाता है। ； आयतन संग्रहण दर 110% है। बड़े आकार के नैनो-उत्प्रेरकों की तुलना में, छोटे आकार के नैनो-उत्प्रेरक अधिक गतिशील एवं अधिक सक्रिय होते हैं। >>>> उत्प्रेरक: वर्तमान में, ENI कंपनी द्वितीय पीढ़ी के नैनो-उत्प्रेरकों के विकास पर कार्य कर रही है। इसका उद्देश्य उत्प्रेरकों की विघटन क्षमता को बढ़ाना, एवं टॉवर के तल से प्राप्त अपरिवर्तित तेल से उत्प्रेरकों को पुनः प्राप्त करने की तकनीकों का अध्ययन करना है। चाइना पेट्रोलियम एंड नेचुरल गैस कॉर्पोरेशन लिमिटेड, तेल-घुलनशील उत्प्रेरकों से संबंधित अनुसंधान कर रही है। इस कंपनी ने Co, Mo, Ni आधारित तेल-घुलनशील उत्प्रेरकों को सफलतापूर्वक विकसित किया है; ऐसे उत्प्रेरकों का हाइड्रोजनीकरण प्रभाव, मौजूदा जल-घुलनशील उत्प्रेरकों की तुलना में बेहतर है। इसके अलावा, विभिन्न कच्चे पदार्थों के लिए उपयुक्त “एंटी-कोकिंग एजेंट” एवं उनकी उचित मात्रा भी निर्धारित की गई है। सल्फरीकरण प्रक्रिया से संबंधित परिस्थितियों पर भी अनुसंधान किया गया है, एवं तेल-घुलनशील उत्प्रेरकों एवं एजेंटों का चयन भी किया गया है। ईरान के पेट्रोलियम उद्योग संस्थान (RIPI) ने सस्पेंशन बेड हाइड्रोक्रैकिंग हेतु एक नैनो-उत्प्रेरक विकसित किया है। उपयुक्त सरफैक्टंटों का चयन करके, एवं विभिन्न सूत्रों का उपयोग करके अनुकूल जल-प्रेमी/तेल-प्रेमी संतुलन प्राप्त किया गया; जिससे तरल बूँदों का आकार न्यूनतम हो गया। अध्ययनों से पता चलता है कि गैर-आयनिक सर्फैक्टेंट्स के उपयोग से नैनो-उत्प्रेरकों का आकार 10 गुना कम हो जाता है; अर्थात् यह 1–2 नैनोमीटर तक घट जाता है। चित्र 5 में इसका वर्णन है। इसका अर्थ यह है कि सक्रिय धातु के कणों का व्यास, एस्फाल्टेन माइसेल्स के आकार का केवल 1/100 ही होता है। अतः, इस उत्प्रेरक में बेहतर उत्प्रेरक क्रियाशीलता है; यह सस्पेंशन-बेड हाइड्रोक्रैकिंग उपकरणों के प्रदर्शन में सुधार कर सकता है। इससे नई पीढ़ी की सस्पेंशन-बेड हाइड्रोक्रैकिंग प्रक्रियाओं के विकास की संभावना उत्पन्न होती है। मेक्सिको ऑयल इंस्टीट्यूट ने प्रयोगशाला में एक तरल-अवस्था वाला उत्प्रेरक तैयार किया। यह उत्प्रेरक सल्फ्यूरिक एसिड, अमोनियम हेप्टामोलेट एवं निकल सल्फेट से बना है; इसका उपयोग सस्पेंडेड-बेड हाइड्रोक्रैकिंग प्रक्रिया में किया जा सकता है। इस उत्प्रेरक का उपयोग डंप ऑयल के हाइड्रोक्रैकिंग हेतु किया गया, एवं इसकी तुलना थर्मल क्रैकिंग एवं वाणिज्यिक असमरूप उत्प्रेरकों (NiMo/Al2O3) के साथ भी की गई। प्रयोग ऑटोक्लेव रिएक्टर में किया गया; प्रयोग के परिणाम तालिका 9 में दिए गए हैं। एक ही प्रयोगात्मक परिस्थितियों (100 किग्रा/सेमी², 420°C, अभिक्रिया समय 1 घंटा, रसायन एवं तेल का अनुपात 1:250) में, थर्मल फ्यूजन की रूपांतरण दर सबसे कम रही, जो 46.7% रही। असमजात कैटालिस्टों के उपयोग से हाइड्रोफ्यूजन की रूपांतरण दर 53.8% रही, जबकि तरल-अवस्था वाले कैटालिस्टों के उपयोग से यह दर सबसे अधिक, यानी 65.3% रही। ऐसा इसलिए हुआ, क्योंकि तरल-अवस्था वाले कैटालिस्टों में विखंडन एवं प्रवाहकता की क्षमता सबसे अच्छी होती है। ； हालाँकि, अवसादी उत्प्रेरक सल्फर एवं नाइट्रोजन को हटाने में अधिक प्रभावी हैं; इसका कारण शायद अवसादी उत्प्रेरकों पर Ni एवं Mo की अधिक सांद्रता हो सकती है। इसके अलावा, इस द्रव-चरण उत्प्रेरक को पुनर्प्राप्त एवं पुनः सक्रिय करके पुनः उपयोग में लाया जा सकता है; अतः अवसादी उत्प्रेरकों की तुलना में इसका लागत-लाभ भी अधिक है। चूँकि धातु के नैनोकणों का विशिष्ट सतह क्षेत्रफल अधिक होता है, इसलिए ये उत्प्रेरक क्रियाशीलता को बढ़ाने में सहायक होते हैं; अतः हाल के वर्षों में इनका उपयोग उत्प्रेरक प्रक्रियाओं में व्यापक रूप से किया जा रहा है। दक्षिण कोरिया के कोरिया विश्वविद्यालय ने पहली बार नैनोशीट संरचना वाले WS2 का उपयोग, भारी तेल के हाइड्रोक्रैकिंग अभिक्रिया हेतु एक वितरित उत्प्रेरक के रूप में करने का प्रयास किया। यह प्रयोग ऑटोक्लेव रिएक्टर में किया गया; अभिक्रिया का तापमान 400°C एवं हाइड्रोजन दबाव 70 बार रहा। प्रयोग के परिणाम तालिका 10 में दिए गए हैं। प्रयोगात्मक परिणामों के आधार पर, एकल-परत एवं बहु-परत WS2 उत्प्रेरकों की अभिक्रिया-क्षमता का मूल्यांकन किया गया; इसकी तुलना पारंपरिक WS2 एवं MoS2 उत्प्रेरकों से भी की गई। एकल-स्तरीय WS2 उत्प्रेरक, कणों के आकार के हिसाब से सबसे छोटा होने के कारण, सबसे अधिक विशिष्ट सतह क्षेत्र रखता है (97.6 मीटर²/ग्राम)। इस कारण इसमें सर्वोत्तम अभिक्रिया गुण होते हैं; उदाहरण के लिए, C5 एस्फाल्ट का रूपांतरण 75.3% तक हो जाता है, जबकि तरल उत्पादों का API मान 13.8 होता है। API, अमेरिकन पेट्रोलियम सोसाइटी द्वारा तेल उत्पादों के घनत्व को मापने हेतु प्रयोग में आने वाला एक मापदंड है। निष्कर्ष: वर्तमान में, कच्चे तेल के सबसे प्रभावी रूप से उपयोग हेतु उपलब्ध परिपक्व तकनीक के रूप में, बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग, विश्व भर में कच्चे तेल के उपयोग में अभी भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगी। बॉयलिंग बेड हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक का व्यापक स्तर पर उपयोग तो हो रहा है, लेकिन इस तकनीक में अभी भी काफी सुधार की गुंजाइश है। भविष्य में अनुसंधान एवं विकास का ध्यान, कच्चे माल की उपयोगिता में सुधार, रूपांतरण प्रक्रिया की गहराई एवं उत्प्रेरकों के जीवनकाल में वृद्धि, साथ ही उत्प्रेरकों की खपत कम करने जैसे मुद्दों पर केंद्रित रहेगा। साथ ही, बॉयलिंग बेड एवं अन्य तकनीकों के एकीकृत उपयोग, तथा अपूर्ण रूप से रूपांतरित हुए तेलों के निपटान हेतु नई प्रक्रियाओं का विकास भी आवश्यक है। सस्पेंडेड बेड हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक, आज के तेल शोधन उद्योग में एक चुनौतीपूर्ण एवं अत्याधुनिक तकनीक है। इसके व्यापक उपयोग की संभावनाएँ हैं; लेकिन इसके लिए उच्च गतिशीलता वाले, अच्छी तरह विखंडित होने वाले उत्प्रेरकों का विकास आवश्यक है, साथ ही उपकरणों में जमाव बनने की समस्या का भी समाधान आवश्यक है। इसके अलावा, सस्पेंडेड बेड प्रक्रिया में उपयोग होने वाली कच्ची सामग्री की गुणवत्ता कम होती है; कच्ची सामग्री में मौजूद अधिकांश धातुएँ, अभिक्रिया के दौरान बनने वाले उत्पाद, एवं लगभग सभी उत्प्रेरक आमतौर पर “अपरिवर्तित टॉवर के तल में मौजूद तेल” में ही एकत्र हो जाते हैं। इस कारण ऐसे तेल को पुनः प्रसंस्कृत करना बहुत कठिन हो जाता है, और इसका उपयोग करना भी मुश्किल हो जाता है। इसलिए, अपरिवर्तित टॉवर-बेस ऑयल को कैसे उचित तरीके से संसाधित एवं उपयोग में लाया जाए, यह सस्पेंडेड-बेड हाइड्रोक्रैकिंग तकनीक को औद्योगिक स्तर पर लागू करने एवं पर्यावरणीय प्रदूषण से बचने हेतु एक अन्य तकनीकी चुनौती एवं अनुसंधान का विषय है। स्रोत: लेखक – चाइना पेट्रोलियम पेट्रोकेमिकल रिसर्च इंस्टीट्यूट (रेन वेनपो, ली झेनयू, ली शुएजिंग, जिन यूहाओ); संपादन – शिहुआ युआन, केमिकल इंडस्ट्री 707