سولفورزدایی هیدروژنی از مشتقات نفت و گاز (HDS)

ترکیبات گوگرد، یکی از رایج ترین ناخالصی های موجود در نفت خام است. گوگرد موجود در روغن سوخت مایع، به طور مستقیم منجر به انتشار SO₂ و ذرات سولفات می شود که سلامتی عمومی و دارایی جامعه را به خطر می اندازد. همچنین وجود گوگرد در هوا، یکی از عوامل ایجاد باران اسیدی است که خطرات متعددی برای محیط زیست و انسان دارد. تکنیک های مختلفی برای سولفورزدایی و حذف ترکیبات گوگردی از مشتقات نفتی وجود دارد. در این مقاله به بررسی HDS یا روش سولفورزدایی هیدروژنی از مشتقات نفت و گاز می پردازیم.

لزوم سولفورزدایی و حذف گوگرد از مشتقات نفت و گاز

ترکیبات گوگردی تمایل به غیرفعال کردن برخی از کاتالیزورهای مورد استفاده در فرآوری نفت خام داشته و باعث ایجاد مشکلات خوردگی در خط لوله، پمپاژ و تجهیزات تصفیه می شوند. به طور طبیعی ترکیبات گوگردی که در سوخت ها باقی مانده است، منجر به انتشار گازهای اکسید گوگرد می شود. این گازها با آب در اتمسفر واکنش نشان می دهند و باعث ایجاد باران های اسیدی، آسیب رساندن به ساختمان ها، نابود کردن رنگ های اتومبیل، و اسیدی شدن خاک می شود. در نهایت منجر به از بین رفتن جنگل ها، آلودگی آب و اکوسیستم های مختلف خواهد شد.

مشکلات محیط زیستی ناشی از وجود ذرات گوگردی

تولیدکنندگان خودرو به منظور کاهش انتشار کلی گوگرد از وسایل نقلیه، خواستار حذف ترکیبات حاوی گوگرد از نفت هستند. این امر به این دلیل است که ترکیبات گوگرد مبدل های کاتالیزوری را که باعث کاهش ذرات و انتشار NO_x می شوند، آسیب می زند. گوگرد با جذب شدید به فلز کاتالیزورها، مانع از جذب و واکنش هیدروکربنها، NO_x و منوکسید کربن می شود. علاوه بر این، ترکیبات گوگرد موجود در نفت به دلیل تشکیل اکسید اسیدهای گوگرد، باعث خوردگی در قسمت هایی از موتورهای احتراق داخلی و پالایشگاه ها نیز می شوند. آلودگی ناشی از موتورهای وسایل نقلیه، تاثیری بسیاری در کیفیت هوا دارد. ترکیبات گوگرد با احتراق به اکسیدهای گوگرد تبدیل می شوند.

مشکلات ناشی از وجود ترکیبات گوگردی بر سلامت انسان

موتورهای وسایل نقلیه باعث انتشار مقادیر زیادی اکسید ازت (NO_x) و ذرات (PM) می شوند، که هر دو باعث ایجاد مشکلات جدی در سلامت عمومی می شوند. سایر مشکلات سلامتی ناشی از گوگرد به شرح زیر است:

• انتشار سولفور باعث تشدید بیماریهای تنفسی و قلبی و آسم می شود.
• در تشکیل ذرات جوی نقش دارد.
• از دیگر اثرات مضر برای سلامتی، PM موجود در اگزوز دیزل است. این ذرات باعث ایجاد سطح بالای سرطان ریه، کاهش عملکرد ریه و برونشیت مزمن می شوند.

استانداردها در سولفورزدایی از مشتقات گاز و نفت

آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) دستوراستفاده حداکثر میزان گوگرد 15 ppm در سوخت دیزل را تعیین کرد. طبق مقررات یورو، محتوای سوخت گوگرد باید در آینده نزدیک به 10 ppm کاهش یابد. اما در حال حاضر، حداکثر مقدار مجاز گوگرد در دیزل در ایالات متحده و اروپا 10 میلی گرم است.

انواع روش های سولفورزدایی

سولفورزدایی به روش های مختلفی انجام می شود. روش های متداول آن عبارتند: سولفورزدایی هیدروژنی(HDS)؛ سولفورزدایی اکسیداتیو(ODS)؛ سولفورزدایی جذبی(ADS)؛ سولفورزدایی زیستی(BDS)؛ سولفورزدایی استخراجی(EDS). در این مقاله، روش رایج HDS ارائه خواهد شد.

مقالات زیر برای مطالعه بیشتر پیشنهاد می شوند:

♣ شیرین سازی مشتقات نفت و گاز

♣ گوگردزدایی فرآورده های نفتی در صنعت پتروشیمی

سولفورزدایی هیدروژنی یا هیدروسولفوریزاسیون (HDS)

فرآیند HDS در پالایشگاه ها، برای کاهش محتوای گوگرد موجود در سوخت ها استفاده می شود. به طور معمول، فرایند HDS شامل كاتالیزوری هیدروژن برای تبدیل ترکیبات مختلف گوگرد به H₂S و ترکیبات آلی آزاد می باشد. روش HDS جهت کاهش ترکیبات گوگرد، نیاز به شرایط مناسب برای عملکرد دارد. این شرایط شامل دمای بالا و فشار جزئی هیدروژن در پالایشگاه ها است. H₂S ناشی از واکنش HDS در نهایت با یک نسخه اصلاح شده از فرآیند Claus به عنصر گوگرد تبدیل می شود.

مراحل انجام سولفورزدایی هیدروژنی از مشتقات نفت و گاز

واکنش HDS در پالایشگاه ها توسط راکتورهای تختخوابی صورت می گیرد. راکتورها معمولاً در دماهایی در محدوده 300-450 درجه سانتیگراد و در فشارهای  5/0-3/0 مگاپاسکال قرار می گیرند. این پروسه معمولا با کاتالیزورهای CoMo /A1₂O₃ یا NiMo /A1₂O₃ انجام می شود. در سیستم های سوختی ترجیحا واکنش HDS تحت فشار اتمسفر انجام شود. در فشار اتمسفر و در دمای بالاتر از ۳۰۰ درجه سانتیگراد، هیدروژنه شدن حلقه های معطر از نظر ترمودینامیکی محدود است.

HDS تجاری و چالش های آینده در پالایشگاه ها برای سولفورزدایی از مشتقات گاز و نفت

محدودیت های زیادی درپروسه HDS وجود دارد. این عملیات، به تجهیزات یا حتی ساخت واحدهای جدید احتیاج دارد. بیشترعملیات HDS، ترکیبات نیتروژن و برخی ناخالصی های فلزی را نیز از بین می برد. پالایشگاه ها با کنترل شرایط هیدروژن سازی و انتخاب کاتالیزورهای مناسب، مشخصات گوگرد فوق العاده کم را در مورد سوخت هایی که از جریان های مستقیم تولید می شوند، مطابقت می دهند. با این وجود، باز هم در سولفورزدایی از گاز ترش و نفت، بخارهایی از واحدهای تبدیل بوجود می آیند، که بیشتر آنها شامل ترکیبات گوگرد مقاوم هستند. دما و فشارهای بالاتر نیز، برای از بین بردن ترکیبات گوگردی که هزینه های عملیاتی را افزایش می دهند، نیاز است.

بهترین جایگزین روش سولفورزدایی هیدروژنی

بر اساس جدیدترین مقاله علمی چاپ شده در مجله نیچر در سپتامبر 2023،

استراتژی HDS برای مدت طولانی به عنوان یک فرآیند پالایش صنعتی برای حذف ترکیبات S بیش از کاتالیزورهای ناهمگن مورد استفاده قرار گرفت. با این وجود، با در نظر گرفتن عدم امکان حذف ترکیبات گوگردی هتروسیکلیک حاوی گوگرد (DBT و مشتقات آن)، و نیاز به شرایط عملیاتی سخت (دمای بالا و فشار بالا)، لازم است یک روش موثر جدید برای کاهش آلودگی و هزینه ها ایجاد شود.

بر این اساس، روش سولفورزدایی به روش اکسیداسیون به دلیل شرایط ملایم تر اکسید شدن در دمای محیط و عدم نیاز به هزینه های اضافی جهت گرمادهی، یک جایگزین خوب برای HDS بحساب می آید.

همچنین بخوانید:

♣ گوگرد زدایی از مازوت و روش های سولفورزدایی

♣ اسید فرمیک و کاربردهای آن در فرآیند گوگردزدایی

کلام آخر

با توجه به محدودیت هایی که برای سولفورزدایی هیدروژنی از مشتقات نفت و گاز (HDS) ارائه شد، تلاش بر آن است که حذف گوگرد در اغلب فرآورده های نفت خام به روش اکسیداسیون صورت گیرد. یکی از کاتالیست های موثری که در این روش به کار می رود، کاتالیست سولفورین شرکت آرال شیمی است. این کاتالیست مایع بسیار قدرت بالایی دارد و دوستدار محیط زیست است. چرا که اینکه ایجاد لجن اسیدی نمی کند. این محلول کنستانتره بوده و در مقادیر و رفت پایین، قدرت بسیاری در جداسازی ترکیبات گوگرد و مرکاپتان از مشتقات نفت و گاز دارد.

⇐بروزرسانی شده در آبان 1402