คำนำเกี่ยวกับกระบวนการดีเซลไฮโดรจีเนชันเพื่อกำจัดกำมะถันหลักในประเทศของเรา

Thread Content

ดีเซลในฐานะผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่นน้ำมัน มีสัดส่วนค่อนข้างสูงในโครงสร้างเชื้อเพลิงของประเทศต่างๆ และถือเป็นเชื้อเพลิงสำคัญ ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของเศรษฐกิจโลก รวมถึงจำนวนยานพาหนะที่ใช้ดีเซลเป็นเชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้น ความต้องการดีเซลในอนาคตจึงคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ อย่างไรก็ตาม ก๊าซเสียที่เกิดจากการเผาไหม้ดีเซลก็ก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นเรื่อยๆ เช่นกัน ด้วยเหตุนี้ ประเทศอุตสาหกรรมชั้นนำและภูมิภาคต่างๆ ทั่วโลกจึงมีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นเรื่อยๆ เกี่ยวกับคุณภาพของดีเซล โดยแนวโน้มในอนาคตของคุณภาพดีเซลคือการลดปริมาณกำมะถันให้น้อยลงจนไม่มีกำมะถันเหลืออยู่ รวมถึงการลดปริมาณสารอะโรมาติกและสารอะโรมาติกหลายวงแหวน ตลอดจนความหนาแน่นของดีเซลด้วย ในขณะเดียวกันก็ต้องเพิ่มค่าไฮโดรคาร์บอนไฮดราซีนด้วยเช่นกัน กุญแจสำคัญในการลดปริมาณกำมะถันในดีเซลเพื่อยกระดับคุณภาพของดีเซล คือการลดปริมาณกำมะถันในดีเซล โดยเทคโนโลยีที่ใช้ในการลดกำมะถัน ได้แก่ การกำจัดกำมะถันด้วยไฮโดรเจน การกำจัดกำมะถันด้วยการออกซิเดชัน การกำจัดกำมะถันด้วยวิธีทางชีวภาพ และการกำจัดกำมะถันด้วยการดูดซับ โดยในปัจจุบัน การกำจัดกำมะถันด้วยไฮโดรเจนยังคงเป็นเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพที่สุดสำหรับการผลิตดีเซลที่มีปริมาณกำมะถันต่ำมาก บริษัทน้ำมันชั้นนำทั่วโลก เช่น บริษัทยาโบ, สแตนดาร์ด, ท็อปโซ, อักเซนมอบิล, บริษัทด้านเทคโนโลยีการกลั่นน้ำมันขั้นสูง และบริษัท Sinopec ต่างก็พยายามพัฒนาเทคโนโลยีการใช้ไฮโดรเจนในการปรับปรุงคุณภาพน้ำมันดีเซล เพื่อให้ได้น้ำมันดีเซลที่เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยมลพิษระดับ Euro IV หรือสูงกว่า โดยเทคโนโลยีที่น่าสนใจได้แก่ เทคโนโลยี DODD ของบริษัท ExxonMobil สำหรับการกำจัดกำมะถันในน้ำมันดีเซลอย่างละเอียด, เทคโนโลยีการกำจัดกำมะถันในน้ำมันดีเซลอย่างละเอียดของบริษัท Albemarle, เทคโนโลยี SMDH ของบริษัท Shell สำหรับการใช้ไฮโดรเจนกับน้ำมันดีเซลชนิดกลาง, เทคโนโลยี Prime-D ของบริษัท IFP สำหรับการกำจัดกำมะถันในน้ำมันดีเซลอย่างละเอียด, และเทคโนโลยีการกำจัดกำมะถันในน้ำมันดีเซลอย่างละเอียดโดยใช้โลหะมีค่า ซึ่งพัฒนาขึ้นโดยบริษัทต่างๆ เช่น Topsoe, IFP, Criterion, UOP, ExxonMobil, Chevron และ Albemarle ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในด้านการกำจัดกำมะถันออกจากน้ำมันดีเซลอย่างมีประสิทธิภาพ สถาบันวิจัยอุตสาหกรรมน้ำมันและปิโตรเคมีฟู่ซุนของบริษัท Sinopec (เรียกย่อว่า FRIPP) และสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์อุตสาหกรรมน้ำมันและปิโตรเคมี (เรียกย่อว่า RIPP) ต่างก็ได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ ขึ้นมา โดยเทคโนโลยีบางอย่างนั้นได้ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมจริงแล้ว กระบวนการกำจัดกำมะถันและสารอะโรเมติกด้วยไฮโดรเจนในรูปแบบการไหลย้อนกลับของ FCSH กระบวนการ FCSH สามารถใช้วิธีการไหลย้อนกลับในขั้นเดียว หรือใช้วิธีการไหลแบบขนานในขั้นแรก และไหลย้อนกลับในขั้นที่สองก็ได้ จุดเด่นของกระบวนการนี้คือ ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ หรือไฮโดรเจนที่ได้มาจากหอกำจัดกำมะถันจะเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์จากด้านล่าง ส่วนน้ำมันดิบจะเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์จากด้านบน ทำให้น้ำมันและก๊าซมาพบกันในทิศทางตรงกันข้าม เพื่อให้เกิดปฏิกิริยา การไหลของก๊าซขึ้นด้านบนช่วยให้ก๊าซอันตรายอย่าง H2S และ NH3 ถูกขับออกมาจากชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาได้อย่างรวดเร็ว ทำให้สารที่ยากต่อการเกิดปฏิกิริยาสามารถเกิดปฏิกิริยาได้ในสภาพที่สะอาดกว่าเดิม ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกำจัดกำมะถันและสารอะโรเมติกได้ดียิ่งขึ้น ในขณะเดียวกัน ในกระบวนการแยกของไหลแบบก๊าซ-ของเหลวที่ใช้กันทั่วไป การเกิดปฏิกิริยาไฮโดรจีเนซิสจะทำให้เกิดความร้อนขึ้น ดังนั้นยิ่งอยู่ใกล้ปลายถังปฏิกิริยามากเท่าไร อุณหภูมิของของไหลที่เข้าสู่ถังปฏิกิริยาก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ซึ่งไม่เอื้อต่อการกำจัดสารอะโรมาติกออกจากน้ำมันดีเซล แต่สำหรับถังปฏิกิริยาแบบกระแสย้อนกลับนั้น เนื่องจากก๊าซไฮโดรเจนที่เข้าสู่ถังปฏิกิริยาเป็นก๊าซที่มีอุณหภูมิต่ำ จึงทำให้อุณหภูมิภายในถังปฏิกิริยาลดลงตามแนวแกน ซึ่งช่วยแก้ไขข้อเสียนี้ได้อย่างดี ดังนั้น การเติมไฮโดรเจนในลักษณะย้อนกระแสจึงกลายเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการผลิตดีเซลที่มีปริมาณกำมะถันต่ำมาก และกลายเป็นเทคโนโลยีใหม่ในการกลั่นน้ำมันที่บริษัทน้ำมันชั้นนำทั่วโลกพยายามพัฒนากันอย่างแข่งขัน เทคโนโลยีการผลิตแบบ FCSH นั้นมีข้อได้เปรียบอย่างชัดเจนเมื่อเทียบกับวิธีการผลิตแบบดั้งเดิม โดยมีประสิทธิภาพในการกำจัดกำมะถันได้ดีกว่า มีความสามารถในการทำให้สารอะโรมาติกอยู่ในสภาพสมบูรณ์มากขึ้น มีความหนาแน่นที่ลดลง และมีค่าออคเทนที่เพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตดีเซลที่เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยมลพิษของยุโรปฉบับ V ได้ดียิ่งขึ้น กระบวนการกำจัดกำมะถันและสารอะโรมาติกแบบสองขั้นตอน FDAS ซึ่งเป็นกระบวนการที่พัฒนาขึ้นโดย FRIPP นั้น เป็นกระบวนการใหม่ที่ถูกออกแบบมาสำหรับการแปรรูปน้ำมันดีเซลที่มีความหนาแน่นสูง มีปริมาณสารอะโรมาติกสูง และมีค่าออกเทนต่ำ โดยมีวัตถุประสงค์หลักคือการกำจัดสารอะโรมาติก ลดความหนาแน่นของน้ำมัน และเพิ่มค่าออกเทนให้สูงขึ้น เทคโนโลยี FDAS สามารถใช้งานได้ภายใต้แรงดันปานกลาง โดยในขั้นตอนแรกจะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบธรรมดาเพื่อทำการกำจัดสารที่ไม่พึงประสงค์ ส่วนในขั้นตอนที่สองจะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ใช่โลหะมีค่า เพื่อทำการกำจัดสารที่ไม่พึงประสงค์ให้หมดไปอย่างละเอียด ซึ่งจะช่วยให้ได้น้ำมันดีเซลที่มีปริมาณกำมะถันและสารอะโรมาติกต่ำ และมีค่าออกเทนสูงขึ้น ศูนย์กลางการดูดซับของไนไตรด์ที่เกิดขึ้นในกระบวนการกำจัดสารประกอบไฮโดรเจนนั้น มีคุณสมบัติคล้ายกับศูนย์กลางการดูดซับของสารอะโรมาติก และความแข็งแกร่งในการดูดซับของไนไตรด์ที่ศูนย์กลางการเร่งปฏิกิริยานั้น มีค่าสูงกว่าสารอะโรมาติกอย่างมาก ดังนั้นไนไตรด์จึงแย่งชิงตำแหน่งการดูดซับกับสารอะโรมาติก ส่งผลให้ปฏิกิริยาการเติมเต็มของสารอะโรมาติกถูกยับยั้ง การใช้กระบวนการสองขั้นตอนจะช่วยลดปริมาณของสารไนไตรด์อินทรีย์ แอมโมเนีย และไฮโดรเจนซัลไฟด์ลงอย่างมาก ซึ่งจะช่วยให้ปฏิกิริยาการเติมเต็มของสารอะโรมาติกดำเนินไปได้ดีขึ้น ประสิทธิภาพในการกำจัดกำมะถัน ความสามารถในการทำให้สารอะโรมาติกอยู่ในสภาพอิ่มตัว และการเพิ่มค่าออคเทนของกระบวนการ FDAS แบบสองขั้นตอนนั้น มีค่าที่สูงกว่ากระบวนการกลั่นด้วยไฮโดรเจนแบบปกติอย่างชัดเจน นอกจากนี้ ความสามารถในการทำให้สารอะโรมาติกอยู่ในสภาพอิ่มตัวและการเพิ่มค่าออคเทนก็ยังสูงกว่าเทคโนโลยี MCI แบบใช้สารเคมีเพียงตัวเดียวอีกด้วย เทคโนโลยีการฮาโดรจีเนชันแบบวัฏจักรของน้ำมันดีเซล SRH ซึ่งพัฒนาโดย FRIPP นั้น ในส่วนของการเกิดปฏิกิริยาจะไม่มีระบบสำหรับการหมุนเวียนไฮโดรเจน แต่จะใช้ไฮโดรเจนที่ละลายอยู่ในผลิตภัณฑ์ในสถานะของเหลวที่หมุนเวียนเข้ามาในระบบการเกิดปฏิกิริยา เพื่อใช้เป็นไฮโดรเจนสำหรับการเกิดปฏิกิริยา ส่วนเรือเคมีที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยานั้นมีโครงสร้างคล้ายกับเรือเคมีแบบแทร็ปเลต ข้อดีของเทคโนโลยีการเติมไฮโดรเจนแบบวัฏจักรในสถานะของเหลวของ SRH ก็คือ สามารถขจัดผลกระทบจากค่าความสามารถในการเคลือบตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาได้ เนื่องจากน้ำมันที่ใช้ในการหมุนเวียนมีค่าความจุความร้อนสูง จึงช่วย**ลดอุณหภูมิของเครื่องปฏิกรณ์ ทำให้ประสิทธิภาพในการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น และยังช่วยลดปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์ เช่น การแตกตัวของโมเลกุลได้อีกด้วย อุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตมีจำนวนน้อย ทำให้เกิดการสูญเสียความร้อนน้อย ค่าใช้จ่ายในการลงทุนและค่าใช้จ่ายในการดำเนินการก็ต่ำกว่าวิธีการกลั่นน้ำมันแบบปกติ จึงถือเป็นเทคโนโลยีหนึ่งที่ช่วยยกระดับคุณภาพของน้ำมันได้ในต้นทุนที่ต่ำ เทคโนโลยีการฮาโดจีนในรูปแบบการหมุนเวียนของของเหลวอย่างต่อเนื่องแบบ RIPP มีกลไกการเกิดปฏิกิริยาหลักและช่วงอุณหภูมิในการประมวลผลที่คล้ายคลึงกับเทคโนโลยีการฮาโดจีนแบบการหมุนเวียนของของเหลวแบบไหลขึ้นด้านบนที่พัฒนาโดย FRIPP แต่มีความแตกต่างกันอยู่สองประการ ได้แก่ 1) ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบไหลขึ้นด้านบน 2) มีการเพิ่มเครื่องแยกของเหลวด้วยความร้อนและความดันสูงเข้ามาด้วย (1) เครื่องปฏิกรณ์แบบไหลขึ้นด้านบน ในกระบวนการเติมไฮโดรเจนในสถานะของเหลวอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้การเกิดปฏิกิริยาเติมไฮโดรเจนดำเนินไปได้อย่างราบรื่น และลดปริมาณน้ำมันที่ต้องหมุนเวียน จึงจำเป็นต้องเพิ่มความอิ่มตัวของไฮโดรเจนในสถานะของเหลวในเครื่องปฏิกรณ์ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีไฮโดรเจนในปริมาณเล็กน้อยที่อยู่ในสถานะก๊าซที่ทางออกของเครื่องปฏิกรณ์ด้วย ในขณะนี้ ส่วนที่เป็นของเหลวในเครื่องปฏิกรณ์จะอยู่ในสถานะต่อเนื่อง ส่วนที่เป็นก๊าซจะอยู่ในสถานะแยกออกมา ดังนั้น เพื่อป้องกันไม่ให้ก๊าซที่อยู่ในสถานะแยกออกมามารวมตัวกันในบริเวณใดบริเวณหนึ่งของเครื่องปฏิกรณ์ จนส่งผลต่อความสม่ำเสมอของการไหลของก๊าซและของเหลว ดังนั้น เครื่องปฏิกรณ์แบบที่มีการไหลขึ้นด้านบนจึงเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด ในปฏิกิริยาแบบไหลขึ้นด้านบน ส่วนของก๊าซและของเหลวในกระแสปฏิกิริยาจะไหลจากด้านล่างขึ้นมาด้านบนผ่านชั้นตัวเร่งปฏิกิริยา ทิศทางการไหลของสารจะตรงกับทิศทางการแพร่ของก๊าซ ซึ่งช่วยลดโอกาสที่ก๊าซจะสะสมอยู่ในบริเวณใดบริเวณหนึ่งภายในเครื่องปฏิกรณ์ได้อย่างมาก และยังช่วยให้ก๊าซไฮโดรเจนแพร่กระจายอย่างสม่ำเสมออีกด้วย นอกจากนี้ เมื่อเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์แบบลงมาด้านล่าง แล้วเครื่องปฏิกรณ์แบบขึ้นมาด้านบนจะมีระยะห่างระหว่างชั้นต่างๆ น้อยกว่า จึงต้องใช้อุปกรณ์ภายในน้อยลง มีอัตราการบรรจุตัวเร่งปฏิกิริยาสูง ทำให้การบำรุงรักษาและการติดตั้งมีขนาดเล็กลง ส่งผลให้ประหยัดต้นทุนการลงทุนในอุปกรณ์และค่าใช้จ่ายในการดำเนินการ นอกจากนี้ แรงดันภายในเครื่องปฏิกรณ์ก็น้อยลง ทำให้ประหยัดพลังงานได้อีกด้วย (2) เครื่องแยกด้วยไอน้ำที่มีอุณหภูมิและความดันสูง ในเทคโนโลยีการเติมไฮโดรเจนในสถานะของเหลวแบบต่อเนื่อง ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนจะเข้าสู่เครื่องแยกด้วยไอน้ำที่มีอุณหภูมิและความดันสูงโดยตรง โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการถ่ายเทความร้อนก่อน วิธีนี้ช่วยลดการสูญเสียพลังงานในระหว่างกระบวนการถ่ายเทความร้อน และยังช่วยให้ไฮโดรเจนมีความสามารถในการละลายในสถานะอุณหภูมิสูงได้ดีอีกด้วย โดยการเพิ่มแผ่นกรองพิเศษจำนวนเล็กน้อยเข้าไปในเครื่องแยกด้วยความร้อนและความดันแบบดั้งเดิม และหากจำเป็น (เช่น ในกรณีที่ต้องการผลิตน้ำมันดีเซลที่มีปริมาณกำมะถันต่ำมากจากน้ำมันดิบที่มีกำมะถันสูง) ก็สามารถใช้ก๊าซไฮโดรเจนร้อนเพื่อช่วยในการแยกสารได้อีกด้วย วิธีนี้จะช่วยลดปริมาณ H2S และ NH3 ซึ่งเป็นสารที่ขัดขวางการเกิดปฏิกิริยาในน้ำมันที่ใช้ในกระบวนการผลิตได้ นอกจากนี้ เนื่องจากเครื่องแยกด้วยความร้อนและความดันมีความสูงของฐานที่เพียงพอ ดังนั้นปั๊มที่ใช้สำหรับส่งน้ำมันที่เกิดจากปฏิกิริยากลับมาใช้ใหม่ก็จะไม่เกิดปัญหาเรื่องแรงดันลบจากการสูบน้ำมัน กระบวนการกำจัดกำมะถันในน้ำมันดีเซลแบบลึกมาก RTS กระบวนการกำจัดกำมะถันในน้ำมันดีเซลแบบลึกมากที่พัฒนาโดย RIPP นั้น ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการกำจัดกำมะถันที่ไม่ใช่โลหะมีค่า 1 หรือ 2 ชนิด โดยใช้กระบวนการแยกน้ำมันในสองขั้นตอน เพื่อให้สามารถกำจัดกำมะถันในน้ำมันดีเซลได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยใช้เตาปฏิกิริยาสองเตาในการดำเนินการ เตาปฏิกิริยาตัวแรกทำหน้าที่ในการกำจัดกำมะถันและไนโตรเจนในอุณหภูมิสูง โดยสารประเภทซัลไฟด์ที่สามารถกำจัดได้ง่ายจะถูกกำจัดออกไปในเตาปฏิกิริยาตัวแรก ส่วนไนไตรด์นั้นจะถูกกำจัดออกไปเช่นกัน ส่วนเตาปฏิกิริยาตัวที่สองจะทำหน้าที่กำจัดซัลไฟด์ที่เหลืออยู่ โดยการเติมไฮโดรเจนเข้าไปเพื่อทำให้เกิดการเติมน้ำมัน และยังช่วยปรับปรุงสีของน้ำมันอีกด้วย โดยการปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นในอุณหภูมิที่ต่ำกว่า โดยใช้เทคโนโลยี RTS และการปรับปรุงกระบวนการผลิตรวมถึงเงื่อนไขการทำงาน สามารถนำวัตถุดิบที่มีไขมันกำมะถันสูงมาแปรรูปให้ได้น้ำมันดีเซลที่มีปริมาณกำมะถันน้อยกว่า 50 ไมโครกรัม/กรัม หรือแม้กระทั่งน้อยกว่า 10 ไมโครกรัม/กรัม ซึ่งเป็นการลดปริมาณกำมะถันได้มากกว่า 50% เมื่อเทียบกับกระบวนการกำจัดกำมะถันแบบปกติ