تیل کی صفائی کے عمل میں کیٹالسٹوں کے زہریلے ہونے کی وجوہات اور تجزیہ

Thread Content

تیل کی پروسسنگ کے دوران، ردِعمل میں استعمال ہونے والے خام مواد میں موجود معمولی آلودگیاں، کیٹالسٹ کی سرگرمی اور انتخابی صلاحیت کو نمایاں طور پر کم کر دیتی ہیں، یا پھر اسے مکمل طور پر بےکار کر دیتی ہیں؛ اسے عام طور پر “کیٹالسٹ کا زہریلا ہونا” کہا جاتا ہے۔ کیٹالسٹ کے زہریلے ہونے کی بنیادی وجہ، معمولی مقدار میں موجود ناخالصیوں اور کیٹالسٹ کے سرگرم مراکز کے درمیان ہونے والی کیمیائی ردِعمل ہے؛ جس کی وجہ سے غیرفعال مرکبات تشکیل پاتے ہیں۔ گیس-ٹھوس کثیر-فیز کیٹالیٹک ردِعمل میں، ایسے مرکبات تشکیل پاتے ہیں جو جذب شدہ حالت میں ہوتے ہیں۔ ایک قسم وہ ہے جس میں، اگر زہر کا اثر فعال اجزاء پر کمزور ہوتا ہے، تو سادہ طریقوں سے ان فعال اجزاء کی سرگرمی دوبارہ بحال کی جاسکتی ہے؛ اسے “قابلِ برداشت زہرخوردگی” یا “عارضی زہرخوردگی” کہا جاتا ہے۔ دوسری قسم، غیرقابلِ بحالی والا زہر ہے؛ اس کی سرگرمی کو سادہ طریقوں سے بحال کرنا ممکن نہیں ہے۔ خام تیل میں بہت سے بھاری دھاتیں اور دیگر آلودہ مواد موجود ہوتے ہیں، جیسے نکل، وینیڈیم، لوہا، سلیکون، آرسینک، فاسفورس، کیلشیئم اور سوڈیم۔ یہ آلودہ مواد خام تیل میں صرف ppm یا حتیٰ کہ ppb کی سطح پر ہوتے ہیں، لیکن ان کا اثر بہت زیادہ ہوتا ہے؛ کیوں کہ یہ مواد مختلف طریقوں سے سرگرم کیٹالسٹوں پر جم جاتے ہیں، جس کے نتیجے میں کیٹالسٹ مستقل طور پر غیرفعال ہو جاتا ہے، اور دوبارہ استعمال کرنے سے بھی اس کی سرگرمی بحال نہیں ہوتی۔ دھاتی آلودگیوں سے بھرپور بھاری ڈسٹیلڈ تیل، عموماً کیٹالیٹک فیڈریشن، ہائڈروجنیک فیڈریشن، اور لوبریکنٹ ہائڈروجنیشن پلانٹس کے لئے خام مواد کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ لہذا، یہ مسئلہ ان پلانٹس کے طویل مدتی استعمال کے دوران ایک اہم چیلنج کے طور پر سامنے آتا ہے۔ وینیڈیم اور نکل، بنیادی طور پر خام تیل کے اسفالٹین حصے میں پائے جاتے ہیں۔ عام طور پر، یہ دھاتی عناصر گندے تیل میں پائے جاتے ہیں، لیکن کچھ ایسے بھی ہیں جو 350°C سے زیادہ درجہ حرارت والے بھاری تیلوں میں بھی موجود ہوتے ہیں۔ وینیڈیم، نکل یا لوہے سے مالا مال خام تیل، جب ڈی پریشر گیس آئل ہائڈروجنیشن یونٹ میں داخل ہوتا ہے، تو اس سے یونٹ کے کام کرنے کے عمل پر سنگین اثرات پڑتے ہیں۔ چونکہ ان آلات کی رفتار نسبتاً زیادہ ہوتی ہے (ڈکٹ آئل کی ہائڈروجنیشن کے مقابلے میں)، اس لیے دھاتیں اعلیٰ سرگرمی والے بنیادی کیٹالسٹ لیئر میں داخل ہو سکتی ہیں۔ لوہا بنیادی طور پر کیٹالسٹ کی سطح پر جمع ہوتا ہے، جبکہ نکل اور وینیڈیم بنیادی طور پر کیٹالسٹ کی سوراخ دار ساخت میں جمع ہوتے ہیں۔ اس مسئلے کو حل کرنے کے لئے، بنیادی کیٹالسٹ کی تہہ کے اوپر ایسے کیٹالسٹ استعمال کرنے ضروری ہیں جن میں دھاتوں کو جذب کرنے کی صلاحیت زیادہ ہو۔ کیٹالسٹ کے لئے ضروری ہے کہ اس کی سطح کا رقبہ، حجم کے مقابلے میں زیادہ ہو، تاکہ دھاتوں کو مؤثر طریقے سے الگ کیا جاسکے؛ نیز اس کے پوروں کا اوسط قطر بھی بڑا ہونا ضروری ہے۔ آرسینک، در حقیقت ایک خطرناک کیٹالسٹ ہے؛ کیوں کہ یہ کیٹالسٹ کے سرگرم مراکز میں واقع ردِعملوں میں مداخلت کرتا ہے (مثلاً کیٹالسٹ میں موجود نکل اور کوبالٹ کے ساتھ)، جس کے نتیجے میں NiAs یا CoAS جیسے مرکبات تشکیل پاتے ہیں۔ زہریلے مادوں کے اثر سے متاثر ہونے والے سرگرم مراکز دوبارہ فعال نہیں ہو سکتے، اور چاہے کیٹالسٹ پر ان کی تعداد بہت کم ہی کیوں نہ ہو، پھر بھی یہ کیٹالسٹ کی سرگرمی کو متأثر کرتے ہیں۔ سلیکون کو بعض اوقات تقطیر شدہ تیلوں میں پایا جاتا ہے؛ یہ عموماً ریفائنریوں میں استعمال ہونے والے فوم-ختم کرنے والے مواد، اور تیل کی نقل و حمل اور تیسرے مرحلے میں تیل کی استخراج کے دوران استعمال ہونے والے کیمیکلز سے حاصل ہوتا ہے۔ سلیکون، کیٹالسٹ کی سطح کے ساتھ ردِعمل کرکے سلیکا جیل تشکیل دیتا ہے؛ اس سے کیٹالسٹ کے فعال مراکز کا استعمال مشکل ہو جاتا ہے، اور نتیجتاً کیٹالسٹ غیرفعال ہو جاتا ہے۔ سلیکون، کیٹالسٹ کے سوراخوں میں داخل ہو جاتا ہے، اور جیسے ہی اس کی مقدار بڑھتی جاتی ہے، کیٹالسٹ کی کارکردگی میں کمی تیزی سے ہونے لگتی ہے۔ عام تیل میں فاسفورس بہت کم پایا جاتا ہے، لیکن کچھ خاص قسم کے تیلوں، خصوصاً ان تیلوں میں جو قابل تجدید مواد سے حاصل کیے جاتے ہیں، فاسفورس کی مقدار کافی زیادہ ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، ڈیزل اور کم دباؤ والے گیس آئل کے مرکبات میں بھی فاسفورس پایا گیا، جو کہ تحفظی اجزاء کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ ہائڈروجنیشن کے عمل میں فاسفائڈز ٹوٹ جاتے ہیں، اور فاسفیٹ، الومینیم آکسائیڈ کے ساتھ ردِعمل دے کر بہت مستحکم الومینیم فاسفیٹ تشکیل دیتا ہے۔ جمع ہونے والے فاسفیٹس، ہائڈروجنیشن عمل میں استعمال ہونے والے کیٹالسٹ تک رسائی کو کم کر دیتے ہیں، جس کی وجہ سے اس کی کارکردگی میں کمی واقع ہو جاتی ہے۔ فاسفائیڈز عموماً ان انجیکٹ کیے گئے سسپینشن ایجنٹس، یعنی تھائوفاسفیٹس، تھائوفاسفورائٹس، اور ٹرائی بیوٹائل فاسفیٹ سے حاصل ہوتے ہیں۔ کم دباؤ والے گیسیل آئل کو کیٹالیٹک خام تیل ہائڈروجنیشن پری ٹریٹمنٹ یونٹ یا ہائڈروجنیشن کریکنگ یونٹ کے پری ٹریٹمنٹ ری ایکٹر میں بھیجتے وقت، نامیاتی فاسفائڈز پر قابو پانا ایک بڑا چیلنج ہے۔ فاسفور، عام کیٹالسٹوں کو جلد ہی غیرفعال کر دیتا ہے، **جس سے ان کے کام کرنے کا دورانیہ مختصر ہو جاتا ہے**۔ سوڈیم کو کیٹالیٹک فریکشن اور ہائڈروجن فریکشن کے عمل میں استعمال ہونے والے خام تیل میں پایا جاتا ہے؛ عموماً یہ صورت حال خام تیل سے نمک کو ختم کرنے کے عمل میں ناکامی کی وجہ سے پیدا ہوتی ہے۔ اس قسم کا غیرنامیاتی سوڈیم، کیٹالسٹ کے سوراخوں میں داخل ہونے میں دشواری محسوس کرتا ہے؛ عموماً یہ کیٹالسٹ کی بیرونی سطح پر جمع ہو جاتا ہے، اور کیٹالسٹ کے ذرات کے درمیان ایک ٹھوس پرت تشکیل دیتا ہے۔ اس سے کیٹالسٹ کی کارکردگی متأثر ہوتی ہے، اور دباؤ میں اضافہ ہو جاتا ہے۔ غیرنامیاتی لوہا ایک عام آلودگی ہے؛ زنگ، دراصل اوپر والے آلات کے خراب ہونے کی وجہ سے پیدا ہوتا ہے۔ اس میں بڑے ٹکڑے بھی ہو سکتے ہیں، اور چھوٹے چھوٹے زنگ کے ذرات بھی۔ بڑے ذرات والی زنگ کی تہوں کو فلٹرز، ریسیورز، اور بڑے سوراخوں والے کیٹالسٹ مواد میں آسانی سے جمع کیا جاسکتا ہے۔ لیکن، 5 سے 10 مائکرومیٹر کے سائز کے غیر نامیاتی لوہے کے ذرات پر قابو پانا بہت مشکل ہے؛ کیوں کہ یہ ذرات خام تیل کے فلٹر سے گزر کر، مناسب سسٹم کے بغیر ہی بنیادی کیٹالسٹ لیئر میں داخل ہو جاتے ہیں۔ غیرنامیاتی لوہا، بطور کیٹالسٹ کی سطح پر ہی ترجیحاً جمع ہوتا ہے؛ مگر اگر بڑے سوراخوں والے ڈی میٹالائزنگ کیٹالسٹ کو حفاظتی کیٹالسٹ کے طور پر استعمال نہ کیا جائے، تو اس سے دباؤ میں اضافہ ہو جاتا ہے۔ کیلشیم، زنک اور میگنیشیم، یہ سب بیرونی دھاتیں ہیں؛ انہیں کچھ آلات میں بھی پایا جاتا ہے۔ یہ دھاتیں مختلف اضافی مواد سے حاصل ہوسکتی ہیں، اور کبھی کبھی خام تیل کے پورفیرین ڈھانچے (اراسین) میں بھی ان کی موجودگی دریافت ہوتی ہے۔ یہ آلودگیاں، پرانے لوبریکنٹ کو نئے بیس آئل میں تبدیل کرنے والے آلات میں بہت عام ہیں۔ یہ آلودگیاں کیٹالسٹ کی سطح پر جم جاتی ہیں، جس کی وجہ سے سوراخوں کا استعمال مشکل ہو جاتا ہے؛ اس لیے یہ کیٹالسٹ کے لئے نقصان دہ ہیں۔ جدید آلات جیسے انڈکٹو کپلڈ پلازما ماس سپیکٹرومیٹر (ICD-MS)، اسکیننگ الیکٹرون مائکروسکوپ (SEM)، الیکٹرون مائکروپروب اینالائزر (EMPA)، اور الیکٹرون ڈسپرشن سپیکٹروسکوپی (EDS) کے ذریعہ جمع کیے گئے خراب کیٹالسٹ نمونوں کی جانچ، تجزیہ اور ارزیابی کی جاسکتی ہے۔ اس طریقے سے مختلف دھاتوں یا غیرخالصیوں کی وجہ سے ہونے والے آلودگی کے اثرات کا پتہ لیا جاسکتا ہے:
آلودگی کا منبع، آلودگی کا طریقہ، اور آلودگی کی شدت:
نکل – سلفائڈ کی شکل میں جمع ہوکر کیٹالسٹ کے رخنوں کو بند کردیتا ہے۔
بور – سلفائڈ کی شکل میں جمع ہوکر کیٹالسٹ کے رخنوں کو بند کردیتا ہے۔
لوہا – سلفائڈ کی شکل میں جمع ہوکر کیٹالسٹ کے رخنوں کو بند کردیتا ہے۔
آرسینک – کیٹالسٹ کے فعال مراکز میں جمع ہوکر آرسینائڈز بناتا ہے، جس سے کیٹالسٹ متأثر ہوجاتا ہے۔
لوہا – کیٹالسٹ کے رخنوں کو کم کرکے دباؤ کو بڑھا دیتا ہے۔
سلیکون – کیٹالسٹ کی سطح پر جذب ہوکر فاسفورس کے ساتھ ردِعمل دیتا ہے۔
فاسفورس – کیٹالسٹ کی بیرونی سطح پر جمع ہوکر اس کی سرگرمی کو متأثر کرتا ہے۔
سوڈیم نمک – کیٹالسٹ کی بیرونی سطح پر جمع ہوکر ایک ٹھوس پرت بناتا ہے، جس سے کیٹالسٹ کی سرگرمی متأثر ہوتی ہے اور دباؤ بڑھ جاتا ہے۔
مختصر یہ کہ، ہائڈروجنیشن یونٹ کی “ڈی میٹالائزیشن” کی صلاحیت، دباؤ، درجہ حرارت، رکنے کا وقت، کیٹالسٹ، اور خام تیل کی خصوصیات پر منحصر ہے۔ ڈی میٹالائزیشن ایک کیٹالیٹک ردِعمل ہے، لہذا یہ بڑی حد تک کیٹالسٹ کی سرگرمی اور ری ایکٹر کے آپریشنل درجہ حرارت پر منحصر ہے۔ ہائڈروجن کیتالسٹ کی دھاتی برداشت، بنیادی طور پر کیتالسٹ کی سوراخداری کی مقدار پر منحصر ہوتی ہے۔ مناسب ہائڈروجنیشن ڈی میٹالائزیشن ایجنٹوں کا استعمال، ہائڈروجنیشن آلات میں اعلیٰ سطح کی دھاتی صلاحیت رکھنے والے کیٹالسٹ بیڈز کو یقینی بناتا ہے۔ آلے کے کام کرنے کے دوران، کیٹالسٹ کی حقیقی دھات جمع کرنے کی صلاحیت، اوپر بیان کیے گئے تمام عوامل کے مجموعے پر منحصر ہوتی ہے۔