سولفورزدایی هیدروژنی از مشتقات نفت و گاز (HDS)

ترکیبات گوگرد از مهم‌ترین و متداول‌ترین آلاینده‌های موجود در نفت خام و فرآورده‌های آن به شمار می‌روند. حضور این ترکیبات در سوخت‌های مایع، در زمان احتراق باعث آزاد شدن گاز دی‌اکسید گوگرد (SO₂) و تشکیل ذرات سولفاتی می‌شود که آثار مخرب جدی بر سلامت انسان، کیفیت هوا و زیرساخت‌های شهری بر جای می‌گذارد. با توجه به پیامدهای زیست‌محیطی و بهداشتی ناشی از ترکیبات گوگردی، کاهش مقدار گوگرد در فرآورده‌های نفتی به یکی از الزامات اساسی صنایع پالایشی تبدیل شده است.

در همین راستا، روش‌ها و فناوری‌های متنوعی برای حذف یا کاهش گوگرد از مشتقات نفت و گاز توسعه یافته‌اند که هر یک از نظر کارایی، هزینه و شرایط عملیاتی ویژگی‌های خاص خود را دارند. در میان این روش‌ها، فرآیند سولفورزدایی هیدروژنی یا هیدرودی‌سولفوریزاسیون (HDS) به عنوان یکی از پرکاربردترین و مؤثرترین فناوری‌ها شناخته می‌شود. این فرآیند با استفاده از هیدروژن و کاتالیست‌های مناسب، ترکیبات گوگردی را به سولفید هیدروژن تبدیل کرده و امکان جداسازی آن‌ها را فراهم می‌سازد. در این مقاله، اصول عملکرد، مزایا و کاربردهای روش HDS در پالایش گاز و مشتقات نفتی مورد بررسی قرار می‌گیرد.

همچنین بخوانید:

♣  شیرین سازی مشتقات نفت و گاز

♣ گوگردزدایی فرآورده های نفتی در صنعت پتروشیمی

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

با افزایش نگرانی‌های زیست‌محیطی و آثار مخرب آلاینده‌های ناشی از سوخت‌های فسیلی، تدوین و اجرای استانداردهای سخت‌گیرانه برای کاهش میزان گوگرد در مشتقات نفت و گاز به یک ضرورت جهانی تبدیل شده است. یکی از مهم‌ترین نهادهای پیشرو در این زمینه، آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) است که با هدف کاهش انتشار آلاینده‌هایی نظیر دی‌اکسید گوگرد و ذرات معلق، حداکثر مقدار مجاز گوگرد در سوخت دیزل را 15 ppm تعیین کرده است. این محدودیت نقش بسزایی در بهبود کیفیت هوا و کاهش بیماری‌های تنفسی داشته است.

در سطح بین‌المللی، استانداردهای یورو نیز چارچوب‌های سخت‌تری را برای سوخت‌های مورد استفاده در کشورهای اروپایی مشخص کرده‌اند. بر اساس این مقررات، میزان گوگرد در سوخت‌ها باید در آینده‌ای نزدیک به کمتر از 10 ppm کاهش یابد؛ هدفی که نیازمند به‌کارگیری فناوری‌های پیشرفته سولفورزدایی، به‌ویژه روش HDS، در پالایشگاه‌ها است. در حال حاضر، حداکثر مقدار مجاز گوگرد در سوخت دیزل در ایالات متحده و اروپا 10 میلی‌گرم بر کیلوگرم (معادل 10 ppm) تعیین شده است که نشان‌دهنده همگرایی سیاست‌های زیست‌محیطی در مناطق صنعتی جهان است.

سولفورزدایی هیدروژنی یا هیدروسولفوریزاسیون (HDS)چیست؟

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

سولفورزدایی به روش هیدروژنی به شکل گراف و تشریحی نشان داده شده 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 یا ODS صورت گیرد. یکی از کاتالیست های موثری که در این روش به کار می رود، کاتالیست سولفورین صنایع 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. یکی دیگر از کاتالیست های موثر در سولفورزدایی به روش اکسیداسیون، دسولفاکس است. این کاتالیست را می توان به تنهایی یا بعنوان یک پیش تیمار موثر برای سولفورین استفاده کرد.

⇐بروزرسانی شده در آذر 1404