कच्चे तेल के आसवन बनाम पायरोलिसिस: अपने फीडस्टॉक के लिए सही प्रक्रिया का चयन करना

मुख्य सिद्धांत: आसवन में भौतिक पृथक्करण और पायरोलिसिस में तापीय अपघटन

कच्चे तेल आसवन की दक्षता को कैसे प्रभावित करता है, जब उबलते बिंदु में अंतर होता है

प्रक्रिया कच्चे तेल का आसवन इसका लाभ यह है कि विभिन्न हाइड्रोकार्बन विभिन्न तापमानों पर उबलते हैं, जिन्हें अलग करने के लिए आंशिक आसवन कहा जाता है। हल्की चीजें जैसे नैफ़्था लगभग 35 से 200 डिग्री सेल्सियस के आसपास वाष्प में बदल जाती हैं, जबकि भारी भाग 550 डिग्री से अधिक तापमान पर भी तरल अवस्था में रहते हैं। आजकल कई रिफाइनरियां अपनी वैक्यूम आसवन इकाइयों को 50 मिलीबार से कम दबाव में चलाती हैं। यह दबाव में कमी वास्तविक उबलते बिंदुओं को लगभग 300 डिग्री तक कम कर देती है, जो अत्यधिक गर्मी से होने वाले नुकसान को रोकने में मदद करती है। इस विधि को इतना प्रभावी बनाने वाली बात यह है कि यह पृथक्कृत घटकों की वास्तविक आणविक बनावट में बिना किसी परिवर्तन किए लगभग 95 प्रतिशत शुद्धता वाले प्रारंभिक आसवित पदार्थ उत्पन्न कर सकती है।

हाइड्रोकार्बन पायरोलिसिस में मूलभूत अभिक्रियाएं और बंध विदलन क्रियाविधि

पायरोलिसिस की प्रक्रिया मूल रूप से लगभग 400 से 800 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर सामग्री को गर्म करके काम करती है, जो इन मुक्त-मूलक श्रृंखला अभिक्रियाओं के माध्यम से कार्बन-कार्बन और कार्बन-हाइड्रोजन बंधों को तोड़ देती है। यह भारी पदार्थों को हल्के हाइड्रोकार्बन उत्पादों में परिवर्तित कर देती है। आसवन से पायरोलिसिस को यही विशेषता अलग करती है कि यह अणुओं को स्वयं अनुत्क्रमणीय तरीके से बदल देती है। जब तापमान लगभग 750 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है, तो बीटा स्किशन के कारण एथिलीन और मीथेन का उत्पादन चरम सीमा पर होता है। लेकिन यदि तापमान 1,000 डिग्री से आगे बढ़ जाए, तो कुछ और ही घटित होता है - सामग्री ग्रेफाइट में बदलने लगती है, जिसका अर्थ है कि अंत में कम तरल उत्पाद प्राप्त होता है। इस प्रक्रिया से संभव के अनुकूलतम उत्पादन के लिए तापमान का ठीक से नियंत्रण करना बहुत महत्वपूर्ण होता है।

केस स्टडी: रिफाइनरी-स्केल आसवन बनाम अपशिष्ट से रसायन पायरोलिसिस संचालन

2021 में पेट्रोलियम एक्सप्लोरेशन एंड प्रोडक्शन जर्नल में प्रकाशित एक शोध पत्र में शोधकर्ताओं ने पारंपरिक वायुमंडलीय आसवन इकाइयों की तुलना नए मॉड्यूलर पायरोलिसिस प्रणालियों से की, जो प्रतिदिन लगभग 250,000 बैरल कच्चे तेल की प्रक्रिया करती हैं, जबकि प्लास्टिक के अपशिष्ट के केवल 500 टन प्रतिदिन की प्रक्रिया करती हैं। गैसोलीन बनाने में आसवन विधि ने आश्चर्यजनक रूप से 82% ऊर्जा दक्षता हासिल की। वहीं, पायरोलिसिस विधि केवल 58% दक्षता तक पहुंची, हालांकि इसका लाभ यह था कि यह केवल उपभोक्ता के उपयोग के बाद के प्लास्टिक पदार्थों के साथ काम करती थी। यह तब दिलचस्प होता है जब कुछ हाइड्रोट्रीटमेंट प्रक्रिया के बाद, ये पायरोलिसिस तेल वास्तव में इतने अच्छे काम आए कि FCC इकाइयों में 15 से 20% की दर से मिलाया जा सके। इसका अर्थ है कि संयंत्र ताजा नैफ्था की अपनी आवश्यकता को प्रतिवर्ष लगभग 12,000 घन मीटर तक कम कर सकते हैं, जो रिफाइनरी के लिए काफी बचत का प्रतिनिधित्व करता है, जो अपने संचालन में पुनर्नवीनीकृत सामग्री को शामिल करना चाहते हैं।

कच्चे माल की उपयुक्तता: संरचना को कच्चे तेल के आसवन और पायरोलिसिस के साथ सुमेलित करना

थर्मल प्रोसेसिंग में क्रैकेबिलिटी को प्रभावित करने वाले प्रमुख गुण

आसवन प्रक्रिया तब सबसे प्रभावी ढंग से काम करती है जब कच्चे तेल के कच्चे माल में स्थिर क्वथनांक होते हैं और न्यूनतम कार्बन अवशेष होता है। इससे मिश्रण को नैफ्था, डीजल ईंधन और विभिन्न अवशेष अंशों जैसे मूल्यवान उत्पादों में अलग करना आसान हो जाता है। दूसरी ओर, पायरोलिसिस प्रौद्योगिकी उन सामग्रियों के साथ बेहतर काम करती है जिन्हें आसानी से क्रैक किया जा सकता है, जो मुख्य रूप से अणुओं की शाखानुमा संरचना और उनके हाइड्रोजन से कार्बन अनुपात पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, पॉलीओलेफिन आधारित प्लास्टिक्स को लें, जो सामग्री आमतौर पर पायरोलिसिस के दौरान एथिलीन और प्रोपीलीन जैसे उपयोगी रसायनों में 75 से 85 प्रतिशत परिवर्तित हो जाती है, जैसा कि NREL के 2022 के अनुसंधान में बताया गया है। यह तो उससे भी बेहतर है जो हमें पारंपरिक कच्चे तेल स्रोतों में पाए जाने वाले सीधी श्रृंखला वाले एल्केन्स के साथ देखने को मिलता है।

दूषित पदार्थों की समस्याएं: पायरोलिसिस तेलों में सल्फर, ऑक्सीजन और अवशेष

अपशिष्ट प्लास्टिक या बायोमास से प्राप्त पायरोलिसिस तेल में भार के अनुसार 0.5–3.2% ऑक्सीजन और 0.1–1.8% सल्फर होता है, जिसके शोधन से पहले महंगे हाइड्रोट्रीटमेंट की आवश्यकता होती है। प्लास्टिक में क्लोरीनीकृत संवर्धक HCl उत्पन्न करते हैं जो संक्षारक होता है, जिसके लिए विशेष रिएक्टर सामग्री और गैस स्क्रबिंग प्रणाली की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, कच्चे तेल के आसवन में सल्फर भारी अंशों में केंद्रित होता है, जो डाउनस्ट्रीम इकाइयों में प्रबंधन को सरल बनाता है।

तुलनात्मक विश्लेषण: पेट्रोलियम तेल बनाम अपशिष्ट-उत्पन्न पायरोलिसिस तेल

पारंपरिक पेट्रोलियम फीडस्टॉक में एक समान संरचना होती है जो आसवन प्रक्रियाओं के लिए बहुत उपयुक्त है। दूसरी ओर, पायरोलिसिस तेल अलग प्रकार की सामग्री लाते हैं क्योंकि वे विभिन्न प्रकार के मिश्रित अपशिष्ट पदार्थों को उपयोगी हाइड्रोकार्बन में परिवर्तित कर सकते हैं। 2024 में किए गए कुछ नवीनतम अनुसंधान में तरल उत्प्रेरक क्रैकिंग प्रणालियों की जांच की गई और पता चला कि जब रिफाइनरियाँ लगभग 10% पायरोलिसिस तेल को वैक्यूम गैस ऑइल के साथ मिलाती हैं, तो कोक निर्माण में लगभग 18% की कमी आती है, जो उत्पादन क्षमता लगभग समान रहने के बावजूद काफी प्रभावशाली है। फिर भी, इन पायरोलिसिस तेलों में विभिन्न प्रकार के प्रदूषक होने की समस्या बनी रहती है। रिफाइनरियों का निर्माण स्थिर कच्चे तेल के निवेश को संसाधित करने के लिए किया गया था, लेकिन डीपॉलिमराइजेशन प्रक्रियाओं के दौरान बचे हुए अवशेष उत्प्रेरक अधिकांश मौजूदा सुविधाओं के लिए इसके व्यापक उपयोग को जटिल बनाते हैं।

प्रक्रिया प्रदर्शन: उपज, दक्षता, और बुनियादी ढांचे की सुसंगतता

लाइट ओलिफिन उपज: नैफ़्था बनाम पायरोलिसिस तेल स्टीम क्रैकर में

जब स्टीम क्रैकर्स नैफ़्था फ़ीडस्टॉक के साथ काम करते हैं, तो वे आमतौर पर लगभग 25 से 30 प्रतिशत लाइट ओलिफ़िन्स का उत्पादन करते हैं, क्योंकि सामग्री की एक स्थिर संरचना होती है और यह अच्छी तरह से नियंत्रित परिस्थितियों के तहत संचालित होती है। लेकिन पायरोलिसिस तेलों के साथ स्थिति थोड़ी जटिल हो जाती है। हाइड्रोट्रीटमेंट प्रक्रियाओं से गुजरने के बाद भी, इन सामग्रियों में से आमतौर पर केवल लगभग 15 से 20 प्रतिशत लाइट ओलिफ़िन्स प्राप्त होते हैं। क्यों? मुख्य रूप से क्योंकि उनकी आणविक संरचनाएं काफी हद तक भिन्न होती हैं और अक्सर उनमें क्लोराइड्स जैसी अशुद्धियां होती हैं। पेट्रोकेमिकल इनोवेशन कंसोर्टियम द्वारा 2023 में प्रकाशित एक हालिया रिपोर्ट में भी एक दिलचस्प बात सामने आई। नैफ़्था के बराबर एथिलीन उत्पादन प्राप्त करने के लिए, पायरोलिसिस तेलों को क्रैकिंग तापमान पर लगभग 10 से 15 प्रतिशत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह तापमान अंतर कई संयंत्रों के लिए परिचालन लागत और दक्षता पर वास्तविक प्रभाव डालता है।

मौजूदा क्रैकिंग इकाइयों में अशुद्धि सहनशीलता: तकनीकी और परिचालन सीमाएं

पायरोलिसिस तेलों में 1-3% सल्फर और ऑक्सीजनयुक्त पदार्थ होते हैं, जो आसवित नैफ़्था में <0.5% के मुकाबले काफी अधिक है (NREL, 2022)। ये अशुद्धियाँ कोकिंग और संक्षारण को तेज कर देती हैं, जिससे पायलट परीक्षणों में रिएक्टर के जीवनकाल में 40-60% की कमी होती है। उन्नत सल्फर स्क्रबरों और द्विआधारी क्वेंचिंग के साथ पुनर्निर्माण सहनशीलता में सुधार करता है, लेकिन पूर्ण-पैमाने पर अपग्रेड करने में पूंजीगत लागत 18 मिलियन अमेरिकी डॉलर से अधिक आती है।

पायरोलिसिस संचालन में ऊर्जा इनपुट बनाम कच्चा माल लागत में व्यापार-बंद

अपशिष्ट प्लास्टिक के साथ काम करते समय पायरोलिसिस फीडस्टॉक की लागत लगभग 20 से 40 डॉलर प्रति टन के आसपास होती है, जो आसवित नैफ्था के 600 से 800 डॉलर प्रति टन की कीमत की तुलना में काफी कम है। लेकिन यहां एक बात का ध्यान रखना आवश्यक है। यह प्रक्रिया स्वयं उत्पादित प्रति टन 30 से 50 प्रतिशत अधिक ऊर्जा की खपत करती है, इसलिए यह केवल तभी आर्थिक रूप से समझ में आती है जब फीडस्टॉक की कीमत लगभग 55 डॉलर प्रति टन से कम रहती है। ऊर्जा संक्रमण संस्थान के कुछ मॉडलिंग कार्यों के अनुसार, एफसीसी इकाइयों में बायो-ऑयल मिलाने से कुल ऊर्जा आवश्यकताओं में लगभग 22% की कमी आती है। इससे लागत के अनुसार बातचीत में सुधार होता है और अधिकांश ऑपरेशन के लिए पर्याप्त स्थिर उपज बनी रहती है।

स्थायित्व और परिपत्र अर्थव्यवस्था: आधुनिक पेट्रोरसायन में पायरोलिसिस की भूमिका

पाइरोलिसिस की प्रक्रिया वास्तव में हमें परिपत्र अर्थव्यवस्था के सिद्धांतों की ओर बढ़ने में मदद करती है क्योंकि यह उन जिद्दी गैर-पुनःचक्रित प्लास्टिक्स और पुरानी रबर सामग्री को फिर से उपयोगी बना देती है - मूल रूप से हाइड्रोकार्बन में जिन्हें सामान्य आसवन विधियाँ संभाल नहीं सकती। इस पद्धति के माध्यम से लगभग 85% प्लास्टिक कचरे को पुनः प्राप्त किया जाता है, जिसका अर्थ है कम लैंडफिल में जाना। इसके अलावा, उत्पादित तेलों में प्रति किलोग्राम लगभग 38 से 45 मेगाजूल के ऊर्जा सामग्री होती है, जो मानक नैफ्था उत्पादों में देखी जाने वाली के समान है। कुछ नए उत्प्रेरकों के विकास से चीजें और भी बेहतर हो गई हैं। लाल मिट्टी या Co/SBA-15 जैसी सामग्री सल्फर के स्तर को 0.5 वजन प्रतिशत से कम लाने में मदद करती है, इसलिए ये अन्य रासायनिक पुनःचक्रण प्रक्रियाओं के साथ मिलाने पर बहुत बेहतर काम करती हैं। हमने कुछ परीक्षणों में देखा है कि चिकित्सा ग्रेड प्लास्टिक कचरे को सफलतापूर्वक परिवर्तित किया गया था, जो यह दर्शाता है कि FCC इकाइयों में पाइरोलिसिस लगभग 20 से 30% पारंपरिक जीवाश्म ईंधन को प्रतिस्थापित कर सकता है। फिर भी, अधिकांश रिफाइनरियां इस तकनीक के साथ संघर्ष करती हैं। आधे से भी कम वास्तव में पाइरोलिसिस तेलों या बायो-तेलों को अपने नियमित संचालन के साथ-साथ संसाधित कर पाते हैं, बिना पहले महंगे उपकरण अपग्रेड की आवश्यकता के।

रसायन रीसायकलिंग के लिए स्थायी कच्चे माल के रूप में पायरोलिसिस तेल

पायरोलिसिस तेल में उच्च लिमोनीन और BTX सामग्री वर्जिन-ग्रेड पॉलिमर बनाने के लिए इसे उपयुक्त बनाती है। अपशिष्ट टायरों के एक टन की प्रक्रिया से 450-600 किग्रा तेल प्राप्त होता है, जो स्टायरीन उत्पादन में 30% कच्चे तेल से प्राप्त कच्चे माल का स्थान लेने के लिए पर्याप्त है।

पॉलीओलेफिन्स का उत्प्रेरक पायरोलिसिस: प्लास्टिक अपशिष्ट के मूल्यवर्धन में अग्रिम

जियोलाइट आधारित उत्प्रेरक 500°C पर हल्के ओलेफिन्स में 80% पॉलीओलेफिन परिवर्तन करता है, जो थर्मल पायरोलिसिस की तुलना में चार गुना अधिक संदूषण सहनशीलता प्रदान करता है। यह प्रति टन $40-60 की पूर्व प्रसंस्करण लागत को कम करता है, जो स्केलेबिलिटी में सुधार करता है।

एफसीसी इकाइयों में बायो-तेल और पायरोलिसिस तेल का सह-संसाधन: संभाव्यता और सीमाएं

वैक्यूम गैस ऑइल के साथ 10% पायरोलिसिस तेल को मिलाने से प्रोपलीन उत्पादन में 12% की वृद्धि होती है। हालांकि, 50 पीपीएम से अधिक क्लोराइड स्तर संक्षारण जोखिम पैदा करते हैं, जिसके लिए सुरक्षित एकीकरण के लिए $2-4 मिलियन की रिएक्टर अपग्रेड आवश्यकता होती है।

डाउनस्ट्रीम प्रभाव: प्रसंस्करण विधियां अंतिम उत्पाद गुणवत्ता को कैसे प्रभावित करती हैं

तापमान, दबाव और निवास समय का पायरोलिसिस उत्पादन पर प्रभाव

पायरोलिसिस के दौरान उत्पादों का वितरण वास्तव में तीन मुख्य कारकों पर निर्भर करता है: तापमान जो आमतौर पर लगभग 450 से 800 डिग्री सेल्सियस की सीमा में होता है, दबाव स्थितियां जो सामान्य वायुमंडलीय स्तर से लेकर मध्यम निर्वात सेटिंग्स तक भिन्न हो सकती हैं, और सामग्री कितनी देर तक रिएक्टर में रहती है, आमतौर पर आधे सेकंड से लेकर तीस सेकंड तक। जब हम गर्मी को बढ़ा देते हैं, तो हमें अधिक गैसों का उत्पादन होता है, विशेष रूप से लगभग 15 से 20 प्रतिशत उपज एथिलीन और प्रोपीलीन की देखी जाती है। जो लोग तरल तेल उत्पादन को अधिकतम करना चाहते हैं, उनके लिए 500 से 650 डिग्री सेल्सियस का तापमान सबसे अच्छा काम करता है। प्रक्रिया को तेजी से आगे बढ़ाने से मोम जैसे भारी यौगिकों को बनाए रखने में मदद मिलती है क्योंकि यह उन्हें आगे टूटने से रोकता है। लेकिन अगर चीजों को बहुत देर तक वहीं छोड़ दिया जाए, तो उन जटिल अणुओं को लगातार छोटे, कम स्थिर घटकों में तोड़ दिया जाता है जो व्यावसायिक रूप से कम उपयोगी होते हैं।

अनुकूलित तेल और मोम उत्पादन के लिए उत्प्रेरक सह-पाइरोलिसिस

ज़ेओलाइट्स या एल्यूमिना-सिलिकेट्स जैसे उत्प्रेरक वांछित उत्पादों की ओर अपघटन को निर्देशित करके 15-40% तक चयनात्मकता में सुधार करते हैं। अम्ल उत्प्रेरक हल्के ओलिफिन उत्पादन (65-80% एथिलीन चयनात्मकता) में वृद्धि करते हैं और जैव द्रव्यमान के आधार पर ऑक्सीजनयुक्त यौगिकों को दबा देते हैं। प्लास्टिक्स के साथ जैव द्रव्यमान का सह-पाइरोलिसिस मोम की श्यानता को 30% तक कम कर देता है, जिससे मौजूदा परिष्करण बुनियादी ढांचे के साथ अनुकूलता में सुधार होता है।

हाइड्रोट्रीटेड पायरोलिसिस तेल बनाम आसुत अविशोधित तेल: स्थिरता, शुद्धता और अनुकूलता

हाइड्रोट्रीटमेंट प्रक्रिया पायरोलिसिस तेल में ऑक्सीजन और सल्फर की मात्रा को लगभग 90 से 95 प्रतिशत तक कम कर देती है, जिससे इसे आंशिक रूप से स्थिर किया जाता है, जैसा कि हमारे डिस्टिल्ड क्रूड फ्रैक्शंस में देखा जाता है। लेकिन इसके पीछे एक बात छिपी है। उपचार के बाद भी, इन तेलों में सामान्य वर्जिन नैफ़्था की तुलना में लगभग दो या यहां तक कि तीन गुना अधिक एरोमैटिक यौगिक होते हैं, इसलिए इन्हें अतिरिक्त प्रसंस्करण से गुजरने तक पॉलिओलेफिन निर्माण जैसी चीजों के लिए सीधे उपयोग में नहीं लाया जा सकता। डिस्टिल्ड क्रूड ऑयल आपूर्ति के मौजूदा बुनियादी ढांचे के साथ काफी अच्छा काम करता है, लेकिन जब हम अपग्रेडेड पायरोलिसिस तेलों पर नजर डालते हैं, तो वे वास्तव में कुछ अलग लाते हैं। इनके अणु अधिक विविध होते हैं, जिससे कार्बन फाइबर के लिए पूर्ववर्ती बनाने जैसे कुछ विशेष अनुप्रयोगों के लिए संभावनाएं खुलती हैं। इस तरह की बहुमुखी प्रतिभा इन्हें दिलचस्प बनाती है, भले ही इनके साथ काम करने में कई चुनौतियां आती हों।

सामान्य प्रश्न

आसवन और पायरोलिसिस के बीच मुख्य अंतर क्या है?

आसवन एक भौतिक पृथक्करण प्रक्रिया है जो हाइड्रोकार्बन को अलग करने के लिए क्वथनांक में अंतर का उपयोग करती है, जिससे आणविक संरचना अपरिवर्तित रहती है। दूसरी ओर, पायरोलिसिस में तापीय अपघटन शामिल होता है, जो मूल क्रियात्मक अभिक्रियाओं के माध्यम से आणविक संरचनाओं को स्थायी रूप से बदल देता है।

पायरोलिसिस को अधिक स्थायी क्यों माना जाता है?

पायरोलिसिस स्थायित्व में योगदान देता है द्वारा गैर-पुनर्नवीनीकरण योग्य प्लास्टिक और अपशिष्ट सामग्री को उपयोग करने योग्य हाइड्रोकार्बन में परिवर्तित करके, जिससे लैंडफिल कचरा कम होता है और सर्कुलर अर्थव्यवस्था सिद्धांतों को समर्थन मिलता है।

आसवन प्रणालियों में पायरोलिसिस तेलों का उपयोग करने में क्या चुनौतियाँ हैं?

पायरोलिसिस तेलों में परिवर्तनशील प्रदूषक और अशुद्धियाँ होती हैं, जैसे कि सल्फर और क्लोराइड के उच्च स्तर, जिससे वे कम स्थिर हो जाते हैं और इन अशुद्धियों से निपटने के लिए मौजूदा आसवन प्रणालियों में महंगी सुधारात्मक मरम्मत की आवश्यकता होती है।