हाइड्रोडीसल्फराइज़ेशन का अल्ट्रासोनिक विकल्प

तेल रिफाइनरियों को सल्फरयुक्त कच्चे तेल, जिसे सॉर क्रूड कहा जाता है, की बढ़ती आपूर्ति का सामना करना पड़ रहा है, जबकि पर्यावरणीय नियम गैसोलीन में सल्फर की मात्रा कम करने का दबाव डाल रहे हैं। साथ ही, आवश्यक हाइड्रोजन के कारण पारंपरिक हाइड्रोडीसल्फराइज़ेशन (HDS) की लागत बढ़ रही है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन उपचार कच्चे तेल से सल्फर हटाने की एक प्रभावी वैकल्पिक विधि है।

सोनिकेशन से तेल में सल्फर के मानकों को पूरा करें

जीवाश्म ईंधनों में सल्फर यौगिक होते हैं। ये जीवाश्म ईंधनों के प्राकृतिक निर्माण के दौरान सल्फरयुक्त जैविक पदार्थ के अपघटन से बनते हैं।

कारों, विमानों और समुद्री जहाज़ों जैसे वाहनों या विद्युत संयंत्रों में पेट्रोलियम ईंधन के दहन के परिणामस्वरूप सल्फर डाइऑक्साइड (SO2) का उत्सर्जन होता है। यही सल्फर – बहुत कम सांद्रता में भी – पेट्रोलियम रिफाइनरियों में आगे होने वाली उत्प्रेरकीय रिफॉर्मिंग में प्रयुक्त उत्कृष्ट धातु उत्प्रेरकों को नुकसान पहुँचाता है। नवीनतम पर्यावरणीय नियमों के अनुसार अति-निम्न सल्फर डीज़ल (ULSD) के विनिर्देशों को पूरा करने के लिए बहुत गहन डिसल्फराइज़ेशन आवश्यक है।
 

कच्चे तेलों के डिसल्फराइज़ेशन के लिए 192 kW के उच्च शक्ति वाले सोनिकेटरों की स्थापना

पृष्ठभूमि – हाइड्रोडीसल्फराइज़ेशन (HDS)

हाइड्रोडीसल्फराइज़ेशन (HDS) पेट्रोलियम उत्पादों से सल्फर हटाने की मानक उत्प्रेरकीय प्रक्रिया है। इस प्रक्रिया में कच्चे तेल के सल्फरयुक्त अंशों को हाइड्रोजन और एक उत्प्रेरक के साथ मिलाया जाता है, ताकि अभिक्रिया से हाइड्रोजन सल्फाइड बने। सामान्यतः उत्प्रेरक में कोबाल्ट और मोलिब्डेनम से संसेचित ऐलुमिना आधार होता है। जैसे-जैसे आपूर्ति किए जाने वाले तेल में सल्फर की मात्रा बढ़ती है, डिसल्फराइज़ेशन के लिए अधिक दबाव और वैकल्पिक उत्प्रेरकों की आवश्यकता होती है। अभिक्रिया के प्रति प्रतिरोधी ऐरोमैटिक सल्फर यौगिकों (जैसे 4,6-dimethyldibenzothiophene) को उनकी कम अभिक्रियाशीलता के कारण हाइड्रोडीसल्फराइज़ेशन द्वारा हटाया नहीं जा सकता।

अल्ट्रासोनिक सहायता से डिसल्फराइज़ेशन

हाइड्रोडीसल्फराइज़ेशन का एक विकल्प अल्ट्रासोनिक सहायता से डिसल्फराइज़ेशन है। द्रवों को उच्च तीव्रता वाली अल्ट्रासोनिक तरंगों के संपर्क में लाने से ध्वनिक कैविटेशन होता है। इसमें छोटे निर्वात (कैविटेशन) बुलबुले बनते हैं और फिर तीव्रता से ध्वस्त होते हैं। प्रत्येक बुलबुले के तीव्रता से ध्वस्त होने से स्थानीय स्तर पर चरम परिस्थितियाँ उत्पन्न होती हैं:

• तापमान: 5000 Kelvin तक
• दबाव: 2000 Atmospheres तक
• द्रव जेट: 1000km/hr. तक

ऐसी परिस्थितियाँ सूक्ष्म मिश्रण को बढ़ाकर उत्प्रेरकों के सतही रसायन को बेहतर बनाती हैं। विशेष रूप से, उच्च स्थानीय तापमान डिसल्फराइज़ेशन प्रक्रिया की रासायनिक अभिक्रिया गतिकी को बदलते हैं। इस प्रभाव से वैकल्पिक – कम महँगे – उत्प्रेरकों या वैकल्पिक डिसल्फराइज़ेशन रसायन का उपयोग संभव होता है। Deshpande और सहकर्मियों (2004) ने डीज़ल और एसीटोनाइट्राइल की द्विप्रावस्थीय प्रणाली में सोडियम कार्बोनेट और हाइड्रोजन परॉक्साइड से बनी एक ऑक्सीकरण प्रणाली का अध्ययन किया। इस द्विप्रावस्थीय प्रणाली पर सोनिकेशन किया गया। अध्ययन में डीज़ल के नमूनों में DMDBT की मात्रा में 90% से अधिक की कमी प्राप्त हुई।

कच्चे तेल के डिसल्फराइज़ेशन के लिए उच्च प्रदर्शन सोनिकेटर

Hielscher विश्व भर में उच्च क्षमता वाले सोनिकेटरों का अग्रणी आपूर्तिकर्ता है। चूँकि Hielscher प्रति उपकरण 16kW तक की शक्ति वाले उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक प्रोसेसरों का डिज़ाइन और निर्माण करता है, इसलिए संयंत्र के आकार या प्रसंस्करण क्षमता की कोई सीमा नहीं है। अधिक आयतन वाले प्रवाहों के प्रसंस्करण के लिए कई 16kW प्रणालियों के समूहों का उपयोग किया जाता है। औद्योगिक ईंधन प्रसंस्करण में अधिक अल्ट्रासोनिक ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती। वास्तविक ऊर्जा आवश्यकता UIP1000hdT जैसे बेंच-टॉप सोनिकेटर का उपयोग करके निर्धारित की जा सकती है। ऐसे बेंच-टॉप परीक्षणों के सभी परिणामों को पूरी तरह रैखिक रूप से बड़े पैमाने पर लागू किया जा सकता है, जिससे औद्योगिक उत्पादन के पैमाने पर अल्ट्रासोनिक डिसल्फराइज़ेशन प्रक्रिया लागू करना आसान होता है।

आवश्यकता होने पर, खतरनाक परिवेशों में सोनिकेशन के लिए ATEX प्रमाणित अल्ट्रासोनिकेटर (जैसे UIP1000-Exd) उपलब्ध हैं।

सोनिकेशन की लागत

सोनिकेशन एक प्रभावी प्रसंस्करण तकनीक है। अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण की लागत मुख्यतः अल्ट्रासोनिक उपकरणों में निवेश, उपयोगिता सेवाओं की लागत और रखरखाव से आती है। उत्कृष्ट ऊर्जा दक्षता (देखें चार्ट) से Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरणों की उपयोगिता सेवाओं की लागत कम करने में मदद मिलती है।

साहित्य

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): द्विप्रावस्थीय डीज़ल-एसीटोनाइट्राइल प्रणाली में 4,6-Di­methyl­di­ben­zothio­phene का अल्ट्रासाउंड-सहायित, क्षार-उत्प्रेरित ऑक्सीकरण; में: Energy Fuels, 19 (1), 28 -34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): अल्ट्रासाउंड-सहायित ऑक्सीकरण द्वारा डिसल्फराइज़ेशन के माध्यम से अति-निम्न सल्फर डीज़ल ईंधन प्राप्त करने की एक नई विधि; में: Fuel, Volume 82, Number 4, March 2003, pp. 405-414(10), 2003.