પેટ્રોલિયમનું પરિશોધન

પેટ્રોલિયમનું પરિશોધન : પેટ્રોલિયમ(કાચું અથવા ખનિજ-તેલ)ના વિવિધ અંશો(fractions)ને અલગ પાડી તેમને ઉપયોગી નીપજોમાં ફેરવવાનો વિધિ. કુદરતી તેલ જાડું, પીળાશથી કાળા પડતા રંગનું, અનેક ઘટકો ધરાવતું સંકીર્ણ પ્રવાહી હોય છે. સંઘટનની દૃષ્ટિએ તેમાં પ્રદેશ પ્રમાણે તફાવત હોય છે. કેરોસીન અને અન્ય પ્રવાહી ઇંધનો, ઊંજણતેલ, મીણ વગેરે પેદાશો રાસાયણિક વિધિ બાદ મળે છે.

ખનિજ-તેલ પાઇપ અથવા ટૅન્કરો મારફત રિફાઇનરી(શોધન માટેનાં સંયંત્ર)માં પહોંચાડવામાં આવે છે. ત્યાં તેને મોટી ટાંકીઓમાં ઠરવા દઈ તેમાંનો કચરો તથા પાણી છૂટાં પાડવામાં આવે છે. રિફાઇનરીની રોજની શોધનક્ષમતા નાના સંયંત્ર માટે 150 બૅરલથી માંડી વિશાળ સંકુલો માટે 6,00,000 બૅરલની હોય છે. પરિષ્કરણ(refining) વિધિઓને ત્રણ ભાગમાં વહેંચી શકાય છે : (i) અલગીકરણ (separation), (ii) પરિવર્તન (conversion) અને (iii) રાસાયણિક માવજત.

(i) અલગીકરણ : પેટ્રોલિયમ-શોધનમાં પ્રથમ તબક્કો વિભાગીય નિસ્યંદન (fractional distillation)નો છે. તે ક્રૂડ ઑઇલને  કાચા ખનિજતેલને કેટલાક અંશોમાં વહેંચી નાખે છે. આ અંશોમાંથી દ્રાવક નિષ્કર્ષણ તથા સ્ફટિકીકરણ-વિધિ દ્વારા વધુ અંશો છૂટા પાડી શકાય છે.

વિભાગીય નિસ્યંદન એ સિદ્ધાંત પર આધારિત છે કે વિભિન્ન અંશો જુદા જુદા તાપમાને બાષ્પીભૂત થાય છે; દા. ત., પેટ્રોલ લગભગ 24^o સે.એ ઊકળે છે, જ્યારે કેટલાંક ભારે ઇંધન 320^o સે. જેટલા ઊંચા તાપમાને ઊકળે છે. કાચા તેલમાંથી શક્ય તેટલી વધુ પેદાશો મેળવવા માટે તેનું નિસ્યંદન બે તબક્કામાં કરવામાં આવે છે. પ્રથમ તબક્કામાં દબાણ આશરે 1.5 વાતાવરણ અને બીજા તબક્કામાં 62થી 80 મિમી. (1 વાતાવરણ = 760 મિમી.) Hg જેટલું ઓછું રાખવામાં આવે છે.

વાતાવરણના દબાણે ઉત્કલનબિંદુ અનુસાર મેળવાતી પેદાશો સારણી 1માં દર્શાવેલ છે :

સારણી 1 : વાતાવરણના દબાણે ઉત્કલનબિંદુ અનુસાર મેળવાતી પેદાશો

ઘટક	ઉત્કલનબિંદુ (o સે.)
ઇંધન-ગૅસ	-160થી -40
રાંધણ-ગૅસ	-40થી -1
હલકું/હળવું નૅપ્થા	-1થી 150
ગૅસોલીન	-1થી 180
ભારે નૅપ્થા	150થી 205
કેરોસીન	205થી 260
ભારે ગૅસ-ઑઇલ	315થી 425
વેક્યુમ ગૅસ-ઑઇલ	425થી 600
અવશેષ	600થી વધુ

પ્રાથમિક નિસ્યંદન-ટાવરમાં અથવા કૉલમમાં આંતરિક ભાગોનું ક્ષારણ ઘટાડવા માટે ક્રૂડમાંથી પાણી, ક્ષારો, સલ્ફર ધરાવતા પદાર્થો વગેરે દૂર કરવામાં આવે છે. ટાવરમાં જે સ્થળે ક્રૂડ દાખલ થાય છે તેનાથી ઉપરના ભાગને પરિશોધનક્ષેત્ર અને નીચેના ભાગને અપલેપનક્ષેત્ર કહેવામાં આવે છે. કૉલમમાં તાપમાન ઉપરથી નીચે જતાં ધીમે ધીમે વધતું જાય છે. પદાર્થના ઉત્કલનબિંદુ પ્રમાણે કૉલમમાં રહેલ ટ્રે ઉપરથી તે પ્રવાહી અથવા વાયુ-સ્વરૂપમાં ઉપર જાય છે. કૉલમના તળિયે એકઠા થતા ઘટકનું વિઘટન ટાળવા તાપમાન આશરે 350^o સે.થી વધારી શકાતું નથી. આ ઘટકમાં રહેલ પેદાશોને પુન: પ્રાપ્ત કરવા માટે તેનું શૂન્યાવકાશમાં (50થી 100 મિમી. Hg દબાણ) નિસ્યંદન કરવામાં આવે છે. આકૃતિ 1માં નિસ્યંદનની રૂપરેખા આપી છે. આ રીતે નિસ્યંદન દ્વારા રાંધણગૅસ, નેપ્થા, કેરોસીન, ડીઝલ, ઊંજક તેલ, ઍસ્ફાલ્ટ વગેરે પેદાશો મેળવવામાં આવે છે. બીજી પેદાશો મેળવવા માટે નિસ્યંદનના ચોક્કસ ઘટકોએ કેટલીક રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાંથી પસાર થવાનું રહે છે. આ પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન મૂળ અણુઓના અણુભાર અને તેમના માળખામાં ફેરફાર થાય છે. આ પ્રક્રિયાઓમાં ઉષ્મીય ભંજન, ઉદ્દીપનીય ભંજન, ઉષ્મીય પુન: સંભાવન, ઉદ્દીપનીય પુન: સંભાવન, હાઇડ્રોભંજન, બહુલીકરણ, આલ્કાઇલેશન, કોકિંગ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

આજના યુગમાં વાહનમાં વપરાતાં ગૅસોલીન અને ડીઝલ જેવાં બળતણોનું ઘણું મહત્વ છે. ઊંચા અણુભાર ધરાવતા પદાર્થોનું 350^o સે. જેટલા ઊંચા તાપમાને ઉષ્મીય વિભંજન કરી, ગૅસોલીનનો ઉત્કલનબિંદુવ્યાપ ધરાવતા પદાર્થો મેળવવામાં આવે છે. જોકે હાલમાં ઉષ્મીય વિભંજનપ્રક્રિયા એટલી પ્રચલિત રહી નથી.

 વિઝ બ્રેકિંગ પ્રક્રિયામાં પ્રાથમિક નિસ્યંદન દ્વારા પ્રાપ્ત થતા અવશેષની સ્નિગ્ધતામાં ઘટાડો કરવામાં આવે છે. આ માટે મળતા પ્રવાહીને હલકા તાપન-તેલ સાથે ભેળવીને જરૂરી સ્નિગ્ધતા મેળવાય છે. આ પ્રક્રિયા દ્વારા વધુ મીણ ધરાવતા તેલનું વહાવબિંદુ (pour point) ઘટાડવામાં આવે છે, જેથી નીચા તાપમાને પણ ઑઇલ પ્રમાણમાં સહેલાઈથી વહી શકે.

કોકિંગપ્રક્રિયા પણ ઉષ્મીયભંજનનો જ એક પ્રકાર છે. તેના ભરણ (feed) તરીકે અપચયિત ક્રૂડ, ભંજિત અવશેષ વગેરે હોય છે. જ્યારે પેદા થતી ઊપજો ગૅસ, નેપ્થા, ઇંધન તેલ, કોક વગેરે હોય છે. આ રીતે મળતા કોકમાંથી સલ્ફર, અન્ય ધાતુ વગેરે અશુદ્ધિઓ દૂર કરી તેનો ઉપયોગ વીજધ્રુવ બનાવવામાં તેમજ ધાતુઓના શુદ્ધીકરણમાં થાય છે. વિલંબિત કોકિંગ, તરલ કોકિંગ, ફ્લેક્સી કોકિંગ વગેરે આ પ્રક્રિયાનાં જુદાં જુદાં સ્વરૂપો છે.

ઉષ્મીય વિભંજનથી મળતા ગૅસોલીનના ઑક્ટેન-આંકથી વધુ ઑક્ટેન-આંક ધરાવતું ગૅસોલીન આપતી ઉદ્દીપનીય ભંજનપદ્ધતિ ઈ. સ. 1936થી પ્રચલિત થઈ અને તેની મદદથી ગૅસોલીનનું વધુ ઉત્પાદન પણ શક્ય બન્યું. ઉદ્દીપનીય ભંજન દ્વારા મળતા ગૅસોલીનમાં રહેલ આઇસોપૅરેફિન ઉષ્મીય ભંજનમાંથી મળતા ગૅસોલીનમાંના મૉનો- અને ડાઇ-ઓલિફિન કરતાં વધુ સ્થાયી હોય છે. વળી આવા ગૅસોલીનમાં પ્રદૂષણ ફેલાવતા સલ્ફરનું પ્રમાણ પણ ઓછું હોય છે. આ પ્રક્રિયા 450^oથી 500^o સે. તાપમાને અને 10થી 20 psig (1 psi = 0.68 વાતા.) દબાણે રૂપાંતરિત ઝિયોલાઇટ-Y જેવા ઉદ્દીપકની હાજરીમાં તરલીકૃત તળમાં થાય છે. કાર્બનમુક્ત, સ્વચ્છ ઉદ્દીપક ભરણ (370-530^o સે., ધાતુ < 1 ppm) સાથે ઉત્થાનક(riser)માં દાખલ થાય છે. ઉદ્દીપકના કણો આશરે 65 μ વ્યાસના હોય છે, જ્યારે ભરણ આશરે 30 μ કદ ધરાવતા કણોનું હોય છે. મોટાભાગનું રૂપાંતરણ ઉત્થાનકમાં જ આશરે 520^o સે. તાપમાને થઈ જતું હોય છે અને હાઇડ્રોકાર્બન તથા ઉદ્દીપક ઉત્થાનકની ઉપર આવેલ સાઇક્લોનમાં છૂટાં પડે છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલી પેદાશો તેના વિભાગીકરણ માટે નિસ્યંદન કૉલમમાં જાય છે અને છૂટો પડેલો ઉદ્દીપક તેના પર જમા થયેલ કાર્બનના દહન (લગભગ 700^o સે. તાપમાને) માટે બાજુમાં રહેલ બીજા, કાર્બન સ્ટીલના અથવા સ્ટેનલેસ સ્ટીલ-304નું આંતરિક પડ ધરાવતા, પ્રતિક્રિયક(reactor)માં જાય છે. આને ઉદ્દીપકનું પુનરુદભવન (regeneration) કહેવામાં આવે છે. આ પ્રમાણે કાર્બનમુક્ત થયેલ ઉદ્દીપક ફરીથી ઉત્થાનકમાં દાખલ થાય છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન હંમેશ માટે નકામા થતા જતા ઉદ્દીપકને બહાર કાઢતા જવામાં આવે છે અને નવો ઉદ્દીપક તેની જગ્યા લેતો જાય છે. આ રીતે દિવસનો આશરે એક ટન ઉદ્દીપક નકામા કચરા તરીકે નીકળતો જાય છે. આ પ્રક્રિયાની રૂપરેખા આકૃતિ 2માં બતાવી છે. આ પ્રક્રિયામાં વપરાતા ઉદ્દીપકોમાં કેટલાક અન્ય પદાર્થો પણ ભેળવવામાં આવે છે. તેમાંના કેટલાકની અસરો સારણી 2માં દર્શાવી છે.

હાઇડ્રોપ્રોસેસિંગ : જ્યારે કોઈ પ્રક્રિયા હાઇડ્રોજન (H₂) વાયુની હાજરીમાં થાય ત્યારે કાર્બન ઉત્પન્ન થવા માટે જવાબદાર એવી પ્રચ્છન્ન પ્રક્રિયાઓ અવરોધાય છે.

સારણી 2

	ઉમેરવામાં આવેલો પદાર્થ	અસર
1.	ZSM-5	ગૅસોલીનનો ઑક્ટેન આંક વધારે, રાંધણગૅસનો જથ્થો વધારે.
2.	ધાતુ-નિષ્ક્રિયક (passivator) દા. ત., વેનેડિયમ માટે ટિન, નિકલ માટે ઍન્ટિમની અને બિસ્મથ	ઉદ્દીપકનો ધાતુ સામેનો પ્રતિરોધ (resistance) વધારે; હાઇડ્રોકાર્બનના હલકા વાયુઓમાં અને કાર્બનમાં થતા રૂપાંતરને ઘટાડે.
3.	મૅગ્નેશિયમ ઍલ્યુમિનેટ	સલ્ફરના ઑક્સાઇડોના પ્રમાણને નિયંત્રિત કરે
4.	Pt-Pd-Al2O3/ SiO2-Al2O3	પુનરુદભવકમાં કાર્બન મૉનૉક્સાઇડના સંપૂર્ણ દહનની ચોકસાઈ કરે.

આ પ્રક્રિયા દ્વારા ક્રૂડમાંથી ઊંચો H/C આણ્વિક ગુણોત્તર ધરાવતાં પ્રવાહી બળતણો, (દા. ત., ડીઝલ, કેરોસીન, પેટ્રોલ વગેરે) પુન: પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. હાઇડ્રોક્રૅકિંગ પ્રક્રિયામાં ઓલિફિનો અને બહુચક્રીઓ અનુક્રમે પૅરેફિનોમાં અને એકચક્રીઓમાં રૂપાંતર પામે છે. સમઘટકીકરણ, વિહાઇડ્રોજનીકરણ, ચક્રીકરણ વગેરે ઇચ્છનીય પ્રક્રિયાઓ સાથે કાર્બન બનાવવામાં મદદ કરતી વણજોઈતી પ્રક્રિયાઓ (દા. ત., બહુલીકરણ, સંઘનન વગેરે) પણ થાય છે. આવી વણજોઈતી પ્રક્રિયાઓ ઘટાડવા માટે હાઇડ્રોજન વાયુનું દબાણ ઊંચું (150 વાતા.) રાખવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયાનું તાપમાન આશરે 370⁰થી 450⁰ સે. હોય છે. આ પ્રક્રિયા ઉષ્માદાહક હોવાથી ઉદ્દીપકના બે સ્તર વચ્ચે હાઇડ્રોજન વાયુ દાખલ કરવામાં આવે છે. પ્રક્રિયામાં Ni, Co, W, Mo, Pt, Pd (ધાતુ-સ્વરૂપે અથવા તેમના સલ્ફાઇડ ક્ષારોના સ્વરૂપે) ધરાવતા ઉદ્દીપક દ્વારા હાઇડ્રોજનીકરણ / વિહાઇડ્રોજનીકરણ પ્રક્રિયાઓ થાય છે. જ્યારે ક્રૅકિંગ સમઘટકીકરણ વગેરે પ્રક્રિયાઓમાં જોઈતી અમ્લતા Al2O3, SiO2-Al2O3 / -MgO / TiO2 / -B2O3 / -ZrO2, ઝિયોલાઇટ વગેરે દ્વારા મેળવાય છે. આ ઉદ્દીપકો ધાતુ પ્રત્યે ખૂબ જ સંવેદનશીલ હોય છે. ધાતુના ઊંચા હાઇડ્રોજનીકરણ/અમ્લતા ગુણોત્તરથી પ્રવાહી બળતણની નીપજ વધુ થાય છે તથા મળતી પેદાશોમાં પૅરેફિનોનું પ્રમાણ ઍરોમૅટિકના પ્રમાણથી વધુ હોય છે. આ પ્રક્રિયામાંથી પ્રાપ્ત થતાં બળતણો હવાના પ્રદૂષણ માટે જવાબદાર એવા સલ્ફર અને નાઇટ્રોજનથી મુક્ત હોય છે. વળી આ બળતણો હાઇડ્રોજનસંતૃપ્ત હોવાથી તેમને વધારાની કોઈ રાસાયણિક વિધિની જરૂર રહેતી નથી. બીજો ફાયદો એ થાય છે કે હાઇડ્રોજનની હાજરીમાં સલ્ફરને લીધે થતું ક્ષારણ પણ ઘણું ઘટી જાય છે. પ્રક્રિયા દરમિયાન વપરાતા હાઇડ્રોજન વાયુનું પ્રમાણ સારણી 3માં દર્શાવ્યું છે :

સારણી 3

ભરણની ઘનતા	હાઇડ્રોજન વપરાશ
0API	સ્ટાન્ડર્ડ ઘનફૂટ/બૅરલ
5	1000 – 1100
5.5 – 8	290 – 1200
7.8	490 –  770
15.7 – 17.2	470  – 815
0API = (141.5 / G) – 131.5, G = વિશિષ્ટ ઘનતા 1 બૅરલ = 42 ગૅલન, 1 ગૅલન = 3.785 લિટર, 1 ઘનફૂટ = 28.32 લિટર

હાઇડ્રોજનનો ખરો વપરાશ ભરણમાં રહેલ વેનેડિયમ અને નિકલ જેવી ધાતુઓ, નાઇટ્રોજન અને સલ્ફરને કારણે ઉપર દર્શાવ્યા કરતાં વધુ હોય છે. પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા એમોનિયા અને હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડને પાણીમાં દ્રાવ્ય કરી પછીથી તેમને નિર્જળ રૂપમાં કાઢી લેવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયાની લાક્ષણિક રૂપરેખા આકૃતિ 3માં બતાવી છે.

ઉદ્દીપનીય પુન:સંભવન પ્રક્રિયામાં ગૅસોલીન અથવા નેપ્થા(અંતિમ ઉત્કલનબિંદુ 190^o સે.)નો ઑક્ટેન-આંક હાઇડ્રોજન વાયુ અને Pt (વજનથી 0.3 %) + Pd ઉદ્દીપકની હાજરીમાં વધારીને આશરે 90થી 95 (અંતિમ ઉત્કલનબિંદુ 205^o સે.) સુધી લઈ જવામાં આવે છે. આ  પ્રક્રિયાની મદદથી ઍરોમૅટિક સંયોજનોનું ઉત્પાદન પણ વધારી શકાય છે. આ પ્રક્રિયામાં પણ હાઇડ્રોજનીકરણ/વિહાઇડ્રોજનીકરણ અને ઍસિડ ઉદ્દીપકનો સમન્વય કરવામાં આવેલો હોય છે. પ્રક્રિયાકારકનું ક્ષારણ ઘટાડવા માટે અને ઉદ્દીપક પર વિષ (poison) જમા ન થાય તે માટે ભરણમાં રહેલ સલ્ફરનું પ્રમાણ Co-Mo ઉદ્દીપકની મદદથી 5 ppm સુધી ઘટાડી નાંખવામાં આવે છે. જ્યારે ઍસિડિક સ્થળને નુકસાનકારક એવા (બેઝિક) એમોનિયા બનવા માટે જવાબદાર નાઇટ્રોજનને Ni-Co-Mo ઉદ્દીપકની મદદથી હાઇડ્રોજન વાયુ (54થી 68 કિગ્રા. સેમી.^–2 અથવા 800-1000 psi દબાણ)ની હાજરીમાં દૂર કરવામાં આવે છે. આ પ્રમાણે નાઇટ્રોજન અને સલ્ફરમુક્ત થયેલ નેપ્થાનું તાપમાન 497^oથી 516^o સે. લાવીને તેને હાઇડ્રોજન (68 કિગ્રા. સેમી.^–2 અથવા 1000 psi દબાણ) સાથે ભેળવીને શ્રેણીમાં રહેલ પ્રક્રિયાકારકમાં લઈ જવામાં આવે છે. ઉષ્માશોષક પ્રક્રિયાઓને લીધે ઘટતા જતા તાપમાનને બે પ્રક્રિયાકારક વચ્ચે રહેલ ભઠ્ઠી વડે વધારવાથી પ્રક્રિયાનો વેગ જળવાઈ રહે છે. પ્રક્રિયાકારકોમાં જુદી જુદી માત્રામાં ઉદ્દીપક ભરેલો હોય છે. પ્રક્રિયામાં જરૂરી એસિડિટી ક્લોરિન/ફ્લોરિનથી મેળવાય છે. આ માટે ભરણમાં સામાન્ય રીતે કાર્બન ટેટ્રાક્લોરાઇડનું સંભરણ (dosing) કરવામાં આવે છે. પ્રક્રિયાકારકમાં થતી પ્રક્રિયાઓને નીચે મુજબ દર્શાવી શકાય :

ઉપર વર્ણવેલ પ્રક્રિયાઓ ઉપરાંત પ્રમાણમાં ઓછી માત્રામાં બનાવાતી પેદાશો માટે સમઘટકીકરણ, બહુલીકરણ, આલ્કાઇલેશન વગેરે પ્રક્રિયાઓ પણ પ્રચલિત છે. આકૃતિ 4માં જુદી જુદી પ્રક્રિયાઓનું સંકલન દર્શાવ્યું છે.

પેટ્રોલિયમ-પરિશોધનનો હેતુ એ છે કે મર્યાદિત જથ્થામાં પ્રાપ્ય અને સમય સાથે ઘટતા જતા ક્રૂડના જથ્થામાંથી શક્ય એટલી વધુ ને વધુ ઉપયોગી પેદાશો ટૅક્નૉલૉજીના સહયોગથી મેળવવી.

પરિમલ અમરતલાલ પરીખ