हमारे देश में प्रयोग में आने वाली प्रमुख डीजल हाइड्रोजनीकरण-डीसल्फराइ

Thread Content

डीजल, जो तेल संस्करण का ही एक उत्पाद है, विभिन्न देशों की ईंधन संरचना में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह एक महत्वपूर्ण ऊर्जा स्रोत बन चुका है। विश्व अर्थव्यवस्था के तेजी से विकास एवं डीजल से चलने वाले वाहनों की संख्या में वृद्धि के कारण, भविष्य में डीजल की मांग और भी बढ़ेगी। लेकिन डीजल जलने के बाद उत्पन्न होने वाले धुएँ से पर्यावरण को होने वाला नुकसान भी लगातार बढ़ रहा है। इसके लिए, दुनिया के प्रमुख औद्योगिक देशों एवं क्षेत्रों में डीजल की गुणवत्ता संबंधी मांगें लगातार बढ़ रही हैं। भविष्य में डीजल की गुणवत्ता में सल्फर की मात्रा को लगातार कम किया जाएगा, ताकि उसमें सल्फर ही न रहे। साथ ही, एरोमैटिक हाइड्रोकार्बनों एवं पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बनों की मात्रा भी कम की जाएगी, एवं डीजल का घनत्व भी कम किया जाएगा। इसके साथ ही, डीजल के हेक्साडेसिल वैल्यू में वृद्धि की जाएगी। डीजल में सल्फर की मात्रा को कम करना, डीजल की गुणवत्ता में सुधार हेतु आवश्यक है। डीजल में सल्फर की मात्रा को कम करने हेतु प्रयोग में आने वाली तकनीकों में हाइड्रोजनीकरण द्वारा सल्फर हटाना, ऑक्सीकरण द्वारा सल्फर हटाना, जैविक विधियों द्वारा सल्फर हटाना, एवं अवशोषण द्वारा सल्फर हटाना शामिल हैं। इनमें से, हाइड्रोजनीकरण वर्तमान में अत्यधिक सल्फर-रहित डीजल उत्पादन हेतु सबसे प्रभावी तकनीक है। दुनिया की प्रमुख तेल कंपनियों में एक्सॉनमोबिल, स्टैंडर्ड ऑयल, टॉपसो, एक्सॉन मोबिल, अडवांस्ड रिफाइनिंग टेक्नोलॉजीज एवं सीनोपेक्ट्रोल शामिल हैं। ये सभी कंपनियाँ यूरो IV एवं उससे ऊपर के उत्सर्जन मानकों को पूरा करने हेतु डीजल उत्पादन हेतु हाइड्रोजनीकरण तकनीकों का विकास कर रही हैं। इनमें से प्रमुख तकनीकों में एक्सॉनमोबिल की DODD तकनीक, अल्बेमार्ले की डीजल हाइड्रोजनीकरण तकनीक, शेल की SMDH तकनीक, IFP की Prime-D तकनीक, एवं टॉपसो, IFP, क्राइटेरियन, UOP, एक्सॉनमोबिल, चेवरॉन एवं अल्बेमार्ले जैसी कंपनियों द्वारा विकसित मूल्यवान धातुओं का उपयोग करने वाली डीजल हाइड्रोजनीकरण तकनीकें शामिल हैं। हाल के वर्षों में, डीजल से सल्फर हटाने के क्षेत्र में, चाइना पेट्रोकेमिकल फूशुन रिसर्च इंस्टीट्यूट (संक्षेप में FRIPP) एवं पेट्रोकेमिकल साइंस रिसर्च इंस्टीट्यूट (संक्षेप में RIPP) द्वारा कुछ नई तकनीकों का विकास किया गया है। इनमें से कुछ नई तकनीकों का उद्योगिक स्तर पर उपयोग भी किया जा रहा है। FCSH डीजल रिवर्स क्रॉस-फ्लो हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया में, या तो एकल-चरणीय रिवर्स-क्रॉस-फ्लो विधि का उपयोग किया जा सकता है, या फिर एक चरण में क्रॉस-फ्लो एवं दूसरे चरण में रिवर्स-क्रॉस-फ्लो विधि का उपयोग किया जा सकता है। इस प्रक्रिया में, ताज़ा हाइड्रोजन या सर्कुलेटिंग हाइड्रोजन डीसल्फराइजेशन टॉवर से प्राप्त हाइड्रोजन, रिएक्टर के निचले हिस्से से अंदर आता है; जबकि कच्चा तेल रिएक्टर के ऊपरी हिस्से से अंदर आता है। इस प्रकार तेल एवं गैस आपस में विपरीत दिशा में मिलकर अभिक्रिया करते हैं। ऊपर की ओर बहने वाली गैसों के कारण, अभिक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाले हानिकारक गैसें जैसे H2S एवं NH3, तुरंत कैटालिस्ट की परत से बाहर निकल जाती हैं। इससे, सबसे कठिन रूप से अभिक्रिया करने वाले पदार्थ भी अपेक्षाकृत स्वच्छ परिस्थितियों में ही अभिक्रिया कर पाते हैं। इस प्रकार हाइड्रोजनीकरण एवं डीआरोमेटाइजेशन प्रक्रियाओं की प्रभावशीलता में वृद्धि होती है। साथ ही, सामान्य गैस-तरल संयुक्त प्रवाह प्रक्रिया में, हाइड्रोजनीकरण अभिक्रिया के दौरान ऊष्मा उत्पन्न होती है; इस कारण रिएक्टर के निकास बिंदु के निकट जाने पर अभिक्रिया मिश्रण का तापमान बढ़ जाता है। यह डीजल से एरोमेटिक्स हटाने की प्रक्रिया के लिए हानिकारक है। जबकि विपरीत प्रवाह वाले रिएक्टरों में, रिएक्टर में ठंडा हाइड्रोजन ही प्रवेश करता है; इस कारण रिएक्टर का तापमान ऊपर से नीचे की ओर घटता जाता है। इस तरह यह कमी आसानी से दूर हो जाती है। इसलिए, रिवर्स प्रवाह वाला हाइड्रोजनीकरण अब अत्यंत कम सल्फर वाले डीजल के उत्पादन हेतु एक प्रभावी उपाय बन गया है; यह दुनिया भर की तेल कंपनियों द्वारा विकसित की जा रही नई रिफाइनिंग तकनीकों में से एक है। एफसीएसएच की इस श्रृंखलाबद्ध प्रक्रिया में, सामान्य प्रक्रियाओं की तुलना में अत्यधिक स्तर पर सल्फर हटाने की क्षमता, आरोमैटिक यौगिकों को संतृप्त करने की क्षमता, घनत्व में कमी, एवं हेक्साडेसिल वैल्यू में वृद्धि जैसे लाभ हैं। इसके कारण यूरो V उत्सर्जन मानकों के अनुरूप डीजल उत्पन्न करने की आवश्यकताओं को बेहतर तरीके से पूरा किया जा सकता है। एफडीएएस द्विचरणीय विधि द्वारा गहन डीसल्फराइजेशन/डीआरोमेटाइजेशन प्रक्रिया – एफआरआईपीपी द्वारा विकसित यह एफडीएएस द्विचरणीय विधि, उच्च घनत्व वाले, उच्च आरोमैटिक यौगिकों वाले, एवं कम हेक्सेनेट संख्या वाले कैटालिटिक डीजल के शोधन हेतु विकसित की गई है। इस प्रक्रिया का मुख्य उद्देश्य आरोमैटिक यौगिकों को हटाना, डीजल का घनत्व कम करना, एवं हेक्सेनेट संख्या को बढ़ाना है। एफडीएएस तकनीक के द्वारा, मध्यम दबाव की स्थितियों में, पहले चरण में सामान्य उत्प्रेरकों का उपयोग करके हाइड्रोजनीकरण किया जाता है; जबकि दूसरे चरण में गैर-मूल्यवान धातुओं से बने उत्प्रेरकों का उपयोग करके डीजल में मौजूद अशुद्धियों को दूर किया जाता है। इस प्रक्रिया से डीजल में सल्फर एवं आरोमैटिक यौगिकों की मात्रा कम हो जाती है, एवं इसका हेक्सेनेट नंबर भी बढ़ जाता है; जिससे कम सल्फर एवं कम आरोमैटिक यौगिकों वाला डीजल प्राप्त होता है। हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाले नाइट्राइडों के अधिशोषण-सक्रिय केंद्र, एरोमैटिक हाइड्रोकार्बनों के अधिशोषण-सक्रिय केंद्रों के समान ही होते हैं। इसके अलावा, नाइट्राइडों का उत्प्रेरक-सक्रिय केंद्रों पर अधिशोषण, एरोमैटिक हाइड्रोकार्बनों की तुलना में कहीं अधिक होता है; इस कारण एरोमैटिक हाइड्रोकार्बनों के संतृप्तीकरण अभिक्रियाओं में बाधा आती है। दो-चरणीय प्रक्रिया का उपयोग करने से, दूसरे चरण में कार्बनिक नाइट्राइडों, अमोनिया, हाइड्रोजन सल्फाइड आदि की मात्रा काफी कम हो जाती है, जिससे एरोमैटिक हाइड्रोकार्बनों के संतृप्तीकरण अभिक्रियाओं में सहायता मिलती है। FDAS द्विचरणीय विधि के द्वारा होने वाले डीसल्फराइजेशन प्रक्रम में, डीसल्फराइजेशन की दक्षता, एरोमैटिक यौगिकों को संतृप्त करने की क्षमता, एवं हेक्सेनेट संख्या में होने वाली वृद्धि, सामान्य हाइड्रोजनीकरण प्रक्रियाओं की तुलना में काफी अधिक है। इसके अलावा, एरोमैटिक यौगिकों को संतृप्त करने की क्षमता एवं हेक्सेनेट संख्या में होने वाली वृद्धि, “एमसीआई” विधि की तुलना में भी अधिक है। SRH डीजल तरल-चरण प्रवाह-आधारित हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया – FRIPP द्वारा विकसित SRH निम्न-प्रवाह डीजल तरल-चरण प्रवाह-आधारित हाइड्रोजनीकरण तकनीक में, अभिक्रिया भाग में हाइड्रोजन प्रवाह प्रणाली नहीं होती। हाइड्रोजनीकरण अभिक्रिया हेतु आवश्यक हाइड्रोजन, तरल उत्पादों के बड़े पैमाने पर प्रवाह के कारण अभिक्रिया प्रणाली में आने वाले घुले हुए हाइड्रोजन से ही प्राप्त होता है। इस अभिक्रियक में ड्रॉपलेट बेड अभिक्रियक के समान ही संरचना होती है। SRH तरल-चरण पुनरावृत्ति हाइड्रोजनीकरण तकनीक का लाभ यह है कि यह उत्प्रेरकों के “वेटिंग फैक्टर” के प्रभाव को दूर कर सकती है। चूँकि चक्रीय तेल की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता अधिक होती है, इसलिए **रिएक्टर के तापमान में वृद्धि कम हो जाती है; उत्प्रेरकों का उपयोग अधिक कुशलता से हो पाता है, एवं विघटन जैसी अनावश्यक प्रतिक्रियाओं में भी कमी आ जाती है।** इस तकनीक में उच्च वोल्टेज वाले उपकरणों की संख्या कम होती है; इस कारण ऊष्मा का नुकसान भी कम होता है। निवेश एवं संचालन संबंधी लागतें भी सामान्य हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया की तुलना में कम होती हैं। यह, तेल की गुणवत्ता में सुधार हेतु एक कम लागत वाली तकनीक है। डीजल के लिए निरंतर तरल-चरण प्रक्रिया द्वारा हाइड्रोजनीकरण – RIPP द्वाविकसित इस तकनीक में, मुख्य अभिक्रिया तंत्र एवं प्रक्रिया-विधि, FRIPP द्वारा विकसित SRH ऊपर-जाने वाली तरल-चरण हाइड्रोजनीकरण तकनीक के समान ही है। इसमें मुख्य रूप से दो अंतर हैं: 1) ऊपर-जाने वाले प्रकार के रिएक्टरों का उपयोग; 2) ऊष्मा-उच्च दबाव वाले स्ट्रिपरों का उपयोग। (1) अप-स्ट्रीम रिएक्टर: निरंतर तरल-चरण हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया में, हाइड्रोजनीकरण अभिक्रिया को सुचारू रूप से चलाने हेतु, एवं सर्कुलेटिंग तेल के प्रवाह को कम करने हेतु, रिएक्टर में मौजूद तरल पदार्थ में घुले हुए हाइड्रोजन की संतृप्तता को यथासंभव बढ़ाना आवश्यक है। इसलिए, रिएक्टर के निकास बिंदु पर थोड़ी मात्रा में हाइड्रोजन गैस के रूप में मौजूद होना आवश्यक है। इस स्थिति में, रिएक्टर में तरल चरण निरंतर चरण होता है, जबकि गैसीय चरण विखंडित चरण होता है। विखंडित चरण में मौजूद गैसों के एकत्र होने से रिएक्टर में गैसीय एवं तरल चरणों के प्रवाह में असमानता आ जाती है; इसलिए ऊपर की ओर जाने वाले रिएक्टर ही सबसे उपयुक्त विकल्प हैं। ऊपर की ओर होने वाली अभिक्रिया में, अभिक्रिया पदार्थ के गैसीय एवं तरल दोनों चरण, कैटालिस्ट बेड से नीचे से ऊपर की ओर बहते हैं। माध्यम का प्रवाह दिशा, गैसों के विसरण की दिशा के समान होती है; इससे रिएक्टर के भीतर गैसों का स्थानीय रूप से संचय होने की संभावना कम हो जाती है। इससे कम मात्रा में उपस्थित हाइड्रोजन गैस का समान रूप से वितरण हो पाता है। साथ ही, डाउनवर्ड रिएक्टरों की तुलना में अपवर्ड रिएक्टरों में क्रियाकलाप होने वाले क्षेत्रों के बीच की दूरी कम होती है; इसलिए आवश्यक घटकों की संख्या भी कम होती है। ऐसे रिएक्टरों में उत्प्रेरकों का उपयोग अधिक मात्रा में किया जा सकता है। इसके अलावा, इन रिएक्टरों में मरम्मत एवं स्थापना संबंधी कार्यों की मात्रा भी कम होती है, जिससे उपकरणों पर होने वाला निवेश एवं संचालन संबंधी खर्च भी कम हो जाता है। साथ ही, ऐसे रिएक्टरों में दबाव में कमी होत (2) थर्मल हाई-प्रेशर स्ट्रिपिंग सेपरेटर: निरंतर तरल-चरण हाइड्रोजनीकरण तकनीक में, हाइड्रोजनीकरण अभिक्रिया के उत्पाद, रिएक्टर से बाहर आने के बाद, किसी भी ऊष्मा-विनिमय प्रक्रिया से गुजरे बिना सीधे थर्मल हाई-प्रेशर स्ट्रिपिंग सेपरेटर में जाते हैं। इससे ऊष्मा-विनिमय प्रक्रिया में होने वाली ऊष्मा-हानि कम हो जाती है, एवं उच्च तापमान पर हाइड्रोजन की घुलनशीलता भी बनी रहती है। पारंपरिक थर्मल हाई-प्रेशर सेपरेटर में कुछ विशेष प्रकार की टॉवर प्लेटें जोड़ने, एवं आवश्यकता पड़ने पर (जैसे उच्च सल्फर युक्त कच्चे तेल से अत्यंत कम सल्फर वाला डीजल उत्पन्न करते समय) थर्मल हाइड्रोजन गैस का उपयोग करने से, चक्रीय तेल में मौजूद H2S एवं NH3 जैसे पदार्थों की मात्रा कम की जा सकती है। साथ ही, चूँकि थर्मल हाई-प्रेशर सेपरेटर में एक निश्चित ऊँचाई होती है, इसलिए इसके निचले हिस्से में स्थित रिएक्शन प्रोडक्ट्स के पंपों में गैस-एरोसियन की समस्या नहीं होती। आरटीएस डीजल अति-गहन हाइड्रोजनीकरण-डीसल्फराइजेशन प्रक्रिया: आरआईपीपी द्वारा विकसित आरटीएस डीजल अति-गहन हाइड्रोजनीकरण-डीसल्फराइजेशन तकनीक में, एक या दो गैर-मूल्यवान धातुओं से बने हाइड्रोजनीकरण कैटालिस्टों का उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया में डीजल का अति-गहन हाइड्रोजनीकरण-डीसल्फराइजेशन दो रिएक्टरों के माध्यम से पूरा किया जाता है। पहले रिएक्टर में उच्च तापमान पर गहन डीसल्फराइजेशन एवं डीनाइट्रीफिकेशन प्रक्रियाएँ होती हैं। अधिकांश सल्फाइडों को, एवं लगभग सभी नाइट्राइडों को पहले ही रिएक्टर में ही हटा दिया जाता है। नाइट्राइडों को हटाने के बाद, दूसरे रिएक्टर में कम तापमान पर शेष सल्फाइडों को पूरी तरह हटाया जाता है; साथ ही तेल के रंग में भी सुधार किया जाता है। आरटीएस तकनीक का उपयोग करके, प्रसंस्करण प्रक्रियाओं एवं संचालन स्थितियों में सुधार करके, उच्च सल्फर युक्त डीजल जैसे कच्चे माल से, पारंपरिक हाइड्रोजनीकरण प्रक्रियाओं की तुलना में 50% अधिक गति पर, 50 μg/g से भी कम, यहाँ तक कि 10 μg/g से भी कम सल्फर सांद्रता वाला अत्यंत कम सल्फर युक्त डीजल उत्पन्न किया जा सकता है।