हाइड्रोकार्बन प्रसंस्करण के क्या तरीके हैंः पृथक्करण, रूपांतरण और उपचार

हाइड्रोकार्बन प्रसंस्करण की विधियाँ क्या हैं: पृथक्करण, रूपांतरण और उपचार

लक्ष्य मेटा शीर्षक: हाइड्रोकार्बन प्रसंस्करण विधियाँ: पृथक्करण, रूपांतरण और उपचार

लक्ष्य मेटा विवरण: हाइड्रोकार्बन प्रसंस्करण चार विधि परिवारों का उपयोग करता है: भौतिक पृथक्करण, तापीय और उत्प्रेरक रूपांतरण, रासायनिक उपचार, और सम्मिश्रण। प्रक्रियाओं, स्थितियों और उत्पादों की तुलना करें।

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मुख्य प्रश्न का उत्तर: हाइड्रोकार्बन प्रसंस्करण की विधियाँ क्या हैं? हाइड्रोकार्बन प्रसंस्करण को चार विधि परिवारों में व्यवस्थित किया गया है। पृथक्करण अणुओं को बदले बिना भौतिक साधनों से मिश्रण को विभाजित करता है, मुख्य रूप से 1-3 बार पर आसवन द्वारा एक वायुमंडलीय कॉलम में 350-400 डिग्री सेल्सियस पर टॉपिंग, और भारी अंशों के लिए 25-100 एमबार पर वैक्यूम के तहत। रूपांतरण स्वयं अणुओं को बदलता है, या तो 450-540 डिग्री सेल्सियस पर कोकिंग, विस्ब्रेकिंग और स्टीम क्रैकिंग में तापीय रूप से, या 350-540 डिग्री सेल्सियस पर फ्लूइड कैटेलिटिक क्रैकिंग, हाइड्रोक्रैकिंग, रिफॉर्मिंग, अल्काइलेशन और आइसोमेराइजेशन में उत्प्रेरक रूप से, या 300-450 डिग्री सेल्सियस और 30-200 बार पर हाइड्रोेट्रेटिंग और हाइड्रोक्रैकिंग में हाइड्रोजन के साथ। उपचार हाइड्रोजन, एमाइन, कास्टिक और सल्फर रिकवरी का उपयोग करके अशुद्धियों को दूर करता है। सम्मिश्रण और फिनिशिंग धाराओं को विनिर्देश के अनुसार बिक्री योग्य उत्पादों में जोड़ते हैं। एक विशिष्ट रिफाइनरी इन विधियों में से बीस से अधिक लागू करती है, और चुनी गई संयोजन यह निर्धारित करती है कि 20-45% अवशेष देने वाला कच्चा तेल ज्यादातर ईंधन तेल या ज्यादातर परिवहन ईंधन बन जाता है।

1. पृथक्करण विधियाँ

पृथक्करण वाष्पशीलता, घुलनशीलता, अधिशोषण या आणविक आकार में अंतर का फायदा उठाता है, और यह हमेशा पहले आता है:

• आसवन: हर रिफाइनरी और गैस प्लांट की रीढ़। कच्चे तेल को एक फायरड हीटर में 350-400 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है और 30-60 ट्रे वाले वायुमंडलीय कॉलम में फ्लैश किया जाता है, जहां उबलते बिंदु की सीमा के अनुसार अंश निकाले जाते हैं: एलपीजी, हल्का और भारी नैफ्था, केरोसिन, हल्का और भारी डीजल, और वायुमंडलीय अवशेष। कॉलम के नीचे का तापमान लगभग 350-400 डिग्री सेल्सियस तक सीमित है क्योंकि उस तापमान से ऊपर तापीय क्रैकिंग और कोकिंग शुरू हो जाती है, इसलिए अवशेष को फिर से गर्म किया जाता है और 25-100 एमबार पर वैक्यूम कॉलम में फिर से फ्लैश किया जाता है, जो क्वथनांक को 150-200 डिग्री सेल्सियस तक कम कर देता है और अपघटन के बिना वैक्यूम गैस तेल और वैक्यूम अवशेष को अलग करने की अनुमति देता है। ऊर्जा एकीकरण केंद्रीय है: कच्चे तेल को परिसंचारी रिफ्लक्स और उत्पाद धाराओं द्वारा पूर्व-गर्म किया जाता है, और एक आधुनिक पूर्व-गर्म ट्रेन उस गर्मी का 60-75% ठीक कर लेती है जो अन्यथा खो जाती।
• अवशोषण, स्ट्रिपिंग और निष्कर्षण: जहां आसवन के लिए क्वथनांक बहुत करीब होते हैं, या जहां एक विशिष्ट घटक को हटाने की आवश्यकता होती है, अन्य संतुलन विधियों का उपयोग किया जाता है। अवशोषण एक घटक को एक तरल विलायक में घोलता है, जैसा कि एक एमाइन कॉन्टैक्टर में होता है जहां हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बन डाइऑक्साइड को 35-50 डिग्री सेल्सियस पर गैस से अवशोषित किया जाता है और 105-125 डिग्री सेल्सियस पर पुनर्जीवित किया जाता है। स्ट्रिपिंग विपरीत है, वाष्पशील घटकों को हटाने के लिए भाप का उपयोग किया जाता है, जैसा कि एक खट्टे पानी स्ट्रिपर या कच्चे कॉलम पर एक साइड स्ट्रिपर में होता है। तरल-तरल निष्कर्षण चुनिंदा रूप से एक वर्ग के अणु को दूसरे से अलग करता है, और इसका उपयोग सल्फोलेन या फरफ्यूरल जैसे सॉल्वैंट्स के साथ पैराफिन से सुगंधित को अलग करने के लिए किया जाता है, जिससे उच्च शुद्धता वाले बेंजीन, टोल्यूनि और जाइलीन का उत्पादन होता है, और एन-मिथाइलपाइरोलिडोन या फरफ्यूरल के साथ चिकनाई तेल बेसस्टॉक को निकालने के लिए चिपचिपाहट सूचकांक और ऑक्सीकरण स्थिरता में सुधार होता है।
• अधिशोषण और झिल्ली पृथक्करण: अधिशोषण एक चयनात्मक संबंध के साथ एक ठोस सतह का उपयोग करता है, और यह अंतिम पॉलिशिंग चरणों के लिए पसंद की विधि है। आणविक छलनी क्रायोजेनिक प्रसंस्करण से पहले गैस और तरल को 1 पीपीएम पानी से नीचे सुखाती है, क्योंकि -100 डिग्री सेल्सियस पर कोई भी अवशिष्ट पानी जम जाता है और एक्सचेंजर्स को प्लग कर देता है। वे यूओपी मोलेक्स या आइसोसिव यूनिट में चयनात्मक छिद्र आकार का उपयोग करके सामान्य पैराफिन को आइसो-पैराफिन से अलग करते हैं, और एक सिम्युलेटेड मूविंग बेड में पैरा-जाइलीन को अलग करते हैं। झिल्लियाँ एक बहुलक फिल्म के माध्यम से घुलनशीलता और प्रसार के संयोजन से अलग होती हैं और प्राकृतिक गैस से कार्बन डाइऑक्साइड हटाने, रिफाइनरी ऑफ-गैस और हाइड्रोक्रैकर पर्ज धाराओं से हाइड्रोजन पुनर्प्राप्ति, और लोडिंग टर्मिनलों से वाष्प पुनर्प्राप्ति के लिए उपयोग की जाती हैं। झिल्लियों में कोई चलने वाले हिस्से नहीं होते हैं और एक छोटा पदचिह्न होता है लेकिन फाउलिंग से बचने के लिए पूर्व-उपचार की आवश्यकता होती है और यह थोक के बजाय गहरे पृथक्करण के लिए सबसे उपयुक्त है।
• चरण पृथक्करण और ओस बिंदु नियंत्रण: किसी भी प्रसंस्करण से पहले, कुएं की धारा या फीड को गैस, हाइड्रोकार्बन तरल और पानी में विभाजित किया जाना चाहिए। तीन-चरण विभाजक गुरुत्वाकर्षण द्वारा ऐसा करते हैं, जिन्हें सौडर्स-ब्राउन समीकरण द्वारा आकार दिया जाता है, और इलेक्ट्रोस्टैटिक कोलेसर्स और डिसॉल्टर द्वारा पीछा किया जाता है जो वायुमंडलीय कॉलम में प्रवेश करने से पहले कच्चे तेल की नमक सामग्री को 1-3 पीटीबी से नीचे कम करते हैं, क्योंकि नमक हाइड्रोक्लोरिक एसिड में हाइड्रोलाइज हो जाता है और ओवरहेड सिस्टम को जंग लगाता है। गैस को पाइपलाइन विनिर्देश को पूरा करने के लिए आगे संसाधित किया जाता है, जिसके लिए आमतौर पर डिलीवरी दबाव पर लगभग -5 से 0 डिग्री सेल्सियस से नीचे एक हाइड्रोकार्बन ओस बिंदु, -10 डिग्री सेल्सियस से नीचे एक पानी ओस बिंदु, 4 पीपीएम से नीचे हाइड्रोजन सल्फाइड, 2-3% से नीचे कार्बन डाइऑक्साइड, और कोई मुक्त तरल पदार्थ नहीं होता है, जो शीतलन, ग्लाइकोल निर्जलीकरण और प्रशीतन द्वारा हाइड्रोकार्बन ओस बिंदु नियंत्रण या कम तापमान विभाजक के साथ जूल-थॉमसन विस्तार द्वारा प्राप्त किया जाता है।

2. रूपांतरण, उपचार और फिनिशिंग विधियाँ

एक बार अलग होने के बाद, धाराओं को उच्च-मूल्य वाले अणुओं में परिवर्तित किया जाता है, अशुद्धियों से साफ किया जाता है, और विनिर्देश के अनुसार मिश्रित किया जाता है:

• तापीय रूपांतरण: केवल गर्मी मुक्त कण तंत्र द्वारा कार्बन-कार्बन बंधों को तोड़ती है। विलंबित कोकिंग वैक्यूम अवशेष को 480-510 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करती है और इसे 12-24 घंटे के लिए ड्रम में रखती है, जिससे गैस, नैफ्था, गैस तेल और पेट्रोलियम कोक का उत्पादन होता है; यह सबसे भारी और सबसे दूषित फीड के लिए मानक विधि है क्योंकि कोई उत्प्रेरक नहीं है जिसे जहर दिया जा सके। विस्ब्रेकिंग 450-500 डिग्री सेल्सियस पर एक छोटी निवास अवधि के साथ एक हल्का रूप है, जो अवशेष की चिपचिपाहट को 5-20 गुना कम करता है ताकि इसे कम तनुकारक के साथ ईंधन तेल में मिश्रित किया जा सके। स्टीम क्रैकिंग सभी में सबसे गर्म है, 750-870 डिग्री सेल्सियस पर एक सेकंड से कम निवास अवधि के साथ, और यह एक रिफाइनरी प्रक्रिया नहीं बल्कि एक पेट्रोकेमिकल प्रक्रिया है, जो एथिलीन, प्रोपलीन और ब्यूटाडीन बनाती है। तीनों में सामान्य डिजाइन समस्या हीटर ट्यूबों में कोक का जमाव है, जिसे उच्च वेग, भाप इंजेक्शन और सावधानीपूर्वक ट्यूब धातु तापमान नियंत्रण द्वारा प्रबंधित किया जाता है।
• उत्प्रेरक रूपांतरण: उत्प्रेरक कम तापमान पर बहुत बेहतर चयनात्मकता के साथ रूपांतरण की अनुमति देते हैं। फ्लूइड कैटेलिटिक क्रैकिंग 500-540 डिग्री सेल्सियस पर एक जिओलाइट उत्प्रेरक पर 2-5 सेकंड के संपर्क समय के साथ गैस तेल को क्रैक करती है, और यह रिफाइनरी का मुख्य गैसोलीन उत्पादक है। हाइड्रोक्रैकिंग 350-450 डिग्री सेल्सियस और 100-200 बार पर क्रैकिंग को हाइड्रोजनीकरण के साथ जोड़ती है, जिससे गैस तेल का 30-90% उच्च गुणवत्ता वाले डीजल और जेट ईंधन में परिवर्तित हो जाता है जिसमें अनिवार्य रूप से कोई ओलेफिन या सल्फर नहीं होता है। कैटेलिटिक रिफॉर्मिंग लगभग 40-60 से 95-105 तक भारी नैफ्था के ऑक्टेन को 480-525 डिग्री सेल्सियस पर प्लैटिनम-रेनियम पर बढ़ाता है, जिससे हाइड्रोजन एक मूल्यवान सह-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होता है। अल्काइलेशन सल्फ्यूरिक या हाइड्रोफ्लोरिक एसिड का उपयोग करके 5-20 डिग्री सेल्सियस पर हल्के ओलेफिन को आइसोब्यूटेन के साथ जोड़ता है ताकि अल्काइलेट बनाया जा सके, जो उच्चतम ऑक्टेन और सबसे स्वच्छ गैसोलीन मिश्रण घटक है। आइसोमेराइजेशन 120-250 डिग्री सेल्सियस पर एक क्लोराइड एल्यूमिना या जिओलाइटिक उत्प्रेरक पर सामान्य पैराफिन को शाखित में परिवर्तित करता है, और ईथरीफिकेशन और पोलीमराइजेशन हल्के ओलेफिन को उच्च-ऑक्टेन ऑक्सीजन युक्त और गैसोलीन में परिवर्तित करते हैं।
• उपचार और सल्फर रिकवरी: लगभग हर धारा को उपचार की आवश्यकता होती है। हाइड्रोेट्रेटिंग 300-400 डिग्री सेल्सियस और 30-100 बार पर कोबाल्ट-मोलिब्डेनम या निकल-मोलिब्डेनम उत्प्रेरक पर सल्फर, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, धातु और ओलेफिन को हटाता है, उन्हें हाइड्रोजन सल्फाइड, अमोनिया और पानी में परिवर्तित करता है; यह वह है जो 10 पीपीएम से नीचे अल्ट्रा-लो-सल्फर डीजल को सक्षम बनाता है। एमाइन उपचार मोनोएथेनॉलमाइन, डाइएथेनॉलमाइन या मिथाइल डाइएथेनॉलमाइन का उपयोग करके गैस धाराओं से हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बन डाइऑक्साइड को हटाता है। कास्टिक और मेरोक्स उपचार एलपीजी और नैफ्था से मर्कैप्टन को हटाते हैं, उन्हें डाइसल्फाइड में परिवर्तित करते हैं या उन्हें निकालते हैं। पुनर्प्राप्त हाइड्रोजन सल्फाइड को क्लॉस प्लांट में मौलिक सल्फर में परिवर्तित किया जाता है, जिसमें 1,000-1,300 डिग्री सेल्सियस पर एक तापीय चरण और 200-320 डिग्री सेल्सियस पर उत्प्रेरक चरण होते हैं, जो 95-99.5% पुनर्प्राप्ति प्राप्त करते हैं, और उच्चतर तक पहुंचने के लिए एक टेल गैस उपचार इकाई। खट्टे पानी स्ट्रिपर प्रक्रिया पानी को पुन: उपयोग या निर्वहन से पहले अमोनिया और हाइड्रोजन सल्फाइड को हटाते हैं।
• सम्मिश्रण, फिनिशिंग और उत्पाद गुणवत्ता नियंत्रण:अंतिम विधि सम्मिश्रण है, और यहीं पर एक रिफाइनरी का अधिकांश लाभ कमाया या खोया जाता है। गैसोलीन को ऑक्टेन, रीड वाष्प दबाव, सल्फर, बेंजीन, सुगंधित और ओलेफिन सीमाओं को एक साथ पूरा करने के लिए रिफॉर्मेट, अल्काइलेट, आइसोमेरेट, एफसीसी नैफ्था, हल्के नैफ्था और ऑक्सीजन युक्त पदार्थों से मिश्रित किया जाता है, जिसमें एक ऑनलाइन ऑप्टिमाइज़र और इनलाइन विश्लेषक का उपयोग किया जाता है। डीजल को सीटेन संख्या, क्लाउड पॉइंट, कोल्ड फिल्टर प्लगिंग पॉइंट और सल्फर के लिए मिश्रित किया जाता है। ईंधन तेल को चिपचिपाहट और सल्फर के लिए मिश्रित किया जाता है। बेस तेल और मोम को हाइड्रोफिनिशिंग, सॉल्वेंट या उत्प्रेरक मार्गों द्वारा डीवैक्सिंग, और रंग और स्थिरता के लिए मिट्टी या हाइड्रोेट्रेटमेंट द्वारा समाप्त किया जाता है। डामर को हवा उड़ाकर या वैक्यूम अवशेष को फ्लक्स के साथ मिलाकर उत्पादित किया जाता है। प्रत्येक उत्पाद को एक साथ कई विनिर्देशों को पूरा करना चाहिए, यही कारण है कि सम्मिश्रण एक साधारण मिश्रण ऑपरेशन के बजाय एक अनुकूलन समस्या है।

हाइड्रोकार्बन प्रसंस्करण विधि परिवार तुलना मैट्रिक्स

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (एफएक्यू)

प्र: हाइड्रोकार्बन प्रसंस्करण में पृथक्करण और रूपांतरण के बीच क्या अंतर है?

उ: पृथक्करण किसी भी अणु को बदले बिना मिश्रण की संरचना को बदलता है। आसवन, अवशोषण, निष्कर्षण, अधिशोषण और झिल्ली प्रक्रियाएं सभी भौतिक गुण, आमतौर पर क्वथनांक के अनुसार समूहों में मौजूदा अणुओं को छांटती हैं। रूपांतरण कार्बन-कार्बन और कार्बन-हाइड्रोजन बंधों को तोड़कर और पुनर्गठित करके अणुओं को स्वयं बदलता है, जिससे ऐसे अणु उत्पन्न होते हैं जो फीड में मौजूद नहीं थे। यही कारण है कि रूपांतरण वह जगह है जहाँ मूल्य जोड़ा जाता है: डीजल की तुलना में बहुत कम मूल्य वाला वैक्यूम अवशेष का एक बैरल केवल रूपांतरण के माध्यम से डीजल अणु बन जाता है। यह भी कारण है कि रूपांतरण अधिक महंगा है, ऊर्जा, हाइड्रोजन, उत्प्रेरक और पूंजी में, और क्यों पृथक्करण हमेशा रूपांतरण से पहले होता है, क्योंकि पूरे कच्चे तेल को क्रैकिंग की स्थिति में डालना कोई मतलब नहीं है जब केवल भारी अंश को इसकी आवश्यकता होती है।

प्र: एक रिफाइनरी को इतने सारे विभिन्न प्रक्रियाओं की आवश्यकता क्यों है?

उ: क्योंकि कच्चा तेल हजारों यौगिकों का एक मिश्रण है जो एक बहुत विस्तृत क्वथनांक सीमा तक फैला हुआ है, और बाजार उत्पादों के एक संकीर्ण सेट की मांग करता है, ऐसे अनुपात में जो कभी भी कच्चे तेल से मेल नहीं खाते। एक विशिष्ट कच्चे तेल से 20-45% वायुमंडलीय और वैक्यूम अवशेष प्राप्त हो सकता है, जबकि बाजार में ज्यादातर परिवहन ईंधन की मांग होती है, इसलिए बैरल का लगभग एक तिहाई रासायनिक रूप से परिवर्तित होना चाहिए। प्रत्येक रूपांतरण प्रक्रिया में फीड और उत्पाद की एक संकीर्ण खिड़की होती है: फ्लूइड कैटेलिटिक क्रैकिंग गैस तेल को अच्छी तरह से संभालती है लेकिन धातुओं और एस्फाल्टेन को नहीं ले सकती है, जबकि विलंबित कोकिंग अवशेष ले सकती है लेकिन कोक और कम-मूल्य वाले नैफ्था का उत्पादन करती है जिसे आगे उपचार की आवश्यकता होती है। और प्रत्येक उत्पाद को एक साथ कई विनिर्देशों को पूरा करना चाहिए, गैसोलीन के लिए ऑक्टेन और वाष्प दबाव, डीजल के लिए सीटेन और कोल्ड फ्लो, दोनों के लिए सल्फर सीमा, इसलिए उपचार और सम्मिश्रण चरणों को गुणा किया जाता है। परिणाम बीस या अधिक प्रक्रियाओं वाला एक संयंत्र है, प्रत्येक आवश्यक है क्योंकि कोई भी एकल प्रक्रिया पूरे स्पेक्ट्रम को कवर नहीं करती है।

प्र: हाइड्रोकार्बन प्रसंस्करण में हाइड्रोजन की क्या भूमिका है?

उ: हाइड्रोजन आधुनिक शोधन का सक्षम अभिकर्मक है। यह हाइड्रोेट्रेटिंग में सल्फर, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और धातुओं को हटाता है, उन्हें हाइड्रोजन सल्फाइड, अमोनिया और पानी में परिवर्तित करता है जिन्हें अलग किया जा सकता है। यह ओलेफिन और सुगंधित को संतृप्त करता है, डीजल सीटेन, जेट ईंधन के धुएं बिंदु और रंग और स्थिरता में सुधार करता है। यह उत्प्रेरक पर कोक के निर्माण को दबाता है, यही कारण है कि हाइड्रोक्रैकिंग उन फीड को संसाधित कर सकती है जो एफसीसी उत्प्रेरक को तेजी से निष्क्रिय कर देंगे। और यह कैटेलिटिक रिफॉर्मिंग का एक सह-उत्पाद है, इसलिए एक सुधारक वाली रिफाइनरी में एक आंतरिक आपूर्ति होती है। मांग लगातार बढ़ी है क्योंकि सल्फर की सीमाएं कस गई हैं, एक पीढ़ी पहले प्रति बैरल कुछ सौ मानक क्यूबिक फीट से आज एक गहरे रूपांतरण रिफाइनरी के लिए 1,500-3,000 तक, और अधिकांश रिफाइनरियां अब एक समर्पित हाइड्रोजन संयंत्र चलाती हैं, आमतौर पर 800-900 डिग्री सेल्सियस पर स्टीम मीथेन रिफॉर्मिंग, साथ ही 99.9% से ऊपर शुद्धिकरण के लिए प्रेशर स्विंग एड्सॉर्प्शन।

प्र: किसी दिए गए फीड के लिए एक प्रसंस्करण विधि कैसे चुनी जाती है?

उ: चार फीड गुण निर्णय को संचालित करते हैं। क्वथनांक सीमा निर्धारित करती है कि धारा को बिल्कुल भी आसवित किया जा सकता है या वैक्यूम सेवा की आवश्यकता है। संदूषक सामग्री, विशेष रूप से सल्फर, नाइट्रोजन, धातु जैसे निकल और वैनेडियम, और एस्फाल्टेन, यह निर्धारित करते हैं कि उत्प्रेरक जीवित रह सकता है या नहीं: हाइड्रोप्रोसेसिंग उत्प्रेरक धातुओं द्वारा जहर खा जाता है और एस्फाल्टेन द्वारा प्लग हो जाता है, इसलिए अवशेष को कोकर या इबुलेटेड-बेड हाइड्रोक्रैकर में भेजा जाता है न कि फिक्स्ड बेड में। रासायनिक संरचना मार्ग निर्धारित करती है: एक पैराफिनिक फीड एक अच्छा सुधारक या स्टीम क्रैकर फीड है, एक सुगंधित एक हाइड्रोक्रैकिंग या सुगंधित के लिए निष्कर्षण के लिए बेहतर अनुकूल है। और हाइड्रोजन की उपलब्धता और लागत यह निर्धारित करती है कि हाइड्रोजन-जोड़ या कार्बन-अस्वीकृति मार्ग आर्थिक है या नहीं; कार्बन अस्वीकृति, जैसा कि कोकिंग में होता है, कम-मूल्य वाले कोक का उत्पादन करता है, जबकि हाइड्रोजन जोड़, जैसा कि हाइड्रोक्रैकिंग में होता है, उच्च-मूल्य वाले आसवन का उत्पादन करता है लेकिन फीड के प्रति घन मीटर पर 150-350 एनएम 3 पर हाइड्रोजन की खपत करता है। चुनी गई विन्यास वह है जो पूरे कच्चे माल पर मार्जिन को अधिकतम करती है, न कि वह जो एकल धारा के लिए सबसे अच्छी है।