گرانول کردن و پاستیل کردن گوگرد پالایش‌شده از نفت

اگر تاکنون با توده‌های به‌هم‌چسبیده، گردوغبار حاصل از گوگرد پودری یا مشکلات بسته‌بندی آن مواجه شده‌اید، احتمالاً به فکر یافتن روشی برای تبدیل این ماده‌ی چالش‌برانگیز به شکلی پایدارتر، قابل‌حمل‌تر و ازنظر اقتصادی به‌صرفه‌تر افتاده‌اید. یکی از راه‌حل‌های کلیدی برای این مسئله، گرانول کردن گوگرد نفتی یا پاستیل کردن گوگرد است. اما واقعیت اینجاست که این دو فرایند نه‌تنها در شکل ظاهری و اندازه محصول نهایی تفاوت ایجاد می‌کنند، بلکه بازارپسندی و رفتار ماده را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهند. درحالی‌که بسیاری از منابع تنها به توضیحات کلی بسنده می‌کنند، در این مقاله قصد داریم عمیق‌تر وارد دنیای گرانول و پاستیل گوگرد شویم و از نگاهی فنی، اقتصادی و کاربردی به این موضوع نگاه کنیم تا تمامی ابهامات شما برطرف شود.

همچنین بخوانید:

♣ معرفی عنصر گوگرد؛ خواص گوگرد و کاربردهای آن

♣ گوگردزدایی فرآورده های نفتی در صنعت پتروشیمی

گرانول کردن و پاستیل کردن گوگرد چیست؟

فرایند تبدیل گوگرد پالایش‌شده به دانه‌های ریز (گرانول) یا قالب‌های کوچکتر (پاستیل)، قدمتی چنددهه‌ای در صنعت پتروشیمی دارد. بااین‌حال، تکنولوژی‌های نوین که در سال‌های اخیر ظهور کرده‌اند، توانسته‌اند کیفیت محصول و همچنین سرعت و ایمنی عملیات را ارتقا دهند. این موضوع نه‌تنها در افزایش حاشیه سود تولیدکنندگان گوگرد مؤثر بوده، بلکه استانداردهای جدیدی را برای صادرات و بسته‌بندی ایجاد کرده است.

تعریف گرانول کردن گوگرد

گرانول کردن گوگرد (Sulfur Granulation) فرایندی است که در آن گوگرد مذاب طی مراحلی به ذرات کروی یا شبه‌کروی با اندازه‌های نسبتاً یکنواخت تبدیل می‌شود. در اغلب واحدهای پالایشگاهی، گوگرد به‌صورت مذاب از واحد شیرین‌سازی گاز یا تصفیه نفت خام به دست می‌آید. در این مرحله، چند فناوری مطرح وجود دارد که هرکدام بسته به ظرفیت تولید، نوع خوراک اولیه و درجه خلوص گوگرد، قابل انتخاب است.

معمول‌ترین روش‌ها عبارت‌اند از: استفاده از صفحه‌های چرخان (Drum Granulation) یا دیگ‌های دوار خنک‌کننده و بسترهای سیال (Fluid Bed)، که در ادامه به جزئیات آن‌ها می‌پردازیم.

نکته مهم در گرانول کردن گوگرد پالایش‌شده از نفت این است که در پایان فرایند، محصولی منسجم، با اندازه دانه مناسب و معمولاً در محدوده 2 تا 6 میلی‌متر به دست آید. این اندازه‌های نسبتاً یکنواخت نه‌تنها قابلیت حمل‌ونقل را تسهیل می‌کند، بلکه برای مصارف صنعتی و صادراتی، بسیار مناسب است.

تعریف پاستیل کردن گوگرد

پاستیل کردن گوگرد (Sulfur Pastillation) تکنیکی است که شباهت ظاهری به تولید قرص یا پلت‌های کوچک دارد. در این روش، قطره‌های گوگرد مذاب به‌صورت منظم و کنترل‌شده روی یک نوار سرد یا صفحه فلزی (معمولاً فولادی ضدزنگ) چکانده می‌شوند و بلافاصله با تماس سطح سرد، جامد می‌گردند. نتیجه‌ی این فرایند، تولید قالب‌های ریز گوگردی است که ممکن است شکل عدسی‌مانند یا قطرات یخ‌زده کوچک را به خود بگیرند. این شکل خاص، هم سرعت انجماد را بالا می‌برد و هم باعث می‌شود پاستیل‌ها کمتر به یکدیگر بچسبند. در بازار جهانی، پاستیل گوگرد معمولاً به‌عنوان پاستیل‌های کروی یا قطره‌ای شناخته می‌شود و در بسته‌بندی‌های مختلف قابل عرضه است.

تفاوت‌های بین گرانول و پاستیل گوگرد

اگرچه هر دو روش محصولاتی نسبتاً مشابه از منظر استحکام و درجه خلوص گوگرد به دست می‌دهند، اما تفاوت اصلی در شکل و اندازه نهایی محصول، تجهیزات مورد استفاده و نیز ظرفیت خطوط تولید است. گرانول‌ها اغلب کمی درشت‌تر و چگال‌تر بوده و روش‌های تولید آن‌ها معمولاً برای ظرفیت‌های بالا (بیش از 1000 تن در روز) بهینه می‌شوند.

درمقابل، فرایند پاستیل کردن، به‌دلیل کنترل دقیق‌تر اندازه ذرات و شکل ظاهری، می‌تواند گزینه مناسبی برای تولیدکنندگانی باشد که به بسته‌بندی‌های خاص یا مصارف حساس‌تر (مانند صنایع دارویی و شیمیایی) فکر می‌کنند. از جنبه تجاری، هر دو محصول در بازار بین‌المللی قابل قبول‌اند، اما گرانول گوگرد بیشتر در معاملات حجیم و پاستیل گوگرد اغلب در معاملات باارزش بالاتر به فروش می‌رسد.

چرا گرانول یا پاستیل کردن گوگرد اهمیت دارد؟

گوگرد به شکل پودری یا کلوخه، همواره با مشکلات ریزگرد، انباشت گردوغبار، و ریسک آتش‌سوزی روبه‌رو است. همچنین قابلیت جریان‌یافتن (Flowability) در دانه‌بندی بزرگ یا غیرهمگن با اختلال مواجه می‌شود. به همین دلیل، بسیار مهم است که گوگرد پالایش‌شده از نفت را در قالبی استاندارد و پایدار عرضه کنیم.

چالش‌های گوگرد به‌صورت پودری یا کلوخه

گوگرد پودری هرچند از لحاظ ظاهری ساده به نظر می‌رسد، اما در مقیاس‌های بزرگ می‌تواند به کابوسی برای انبارداری بدل شود. ایجاد گردوغبار گوگردی و احتمال بالای انفجار غباری، یکی از دغدغه‌های اصلی صنایع بزرگ پتروشیمی است. برای مثال، آتش‌سوزی‌های مقطعی در واحدهای ذخیره گوگرد پودری طی سال‌های گذشته در خاورمیانه، نشان داده‌اند که رعایت استانداردهای ایمنی در انبارش این ماده الزامی است. ازسوی‌دیگر، گوگرد کلوخه نیز به‌دلیل اندازه و شکل نامتناسب، در حین حمل‌ونقل به‌سرعت خرد شده و تولید گردوغبار می‌کند و در بخش بسته‌بندی نیز مشکلات متعددی ایجاد می‌کند.

مزایای فرآوری گوگرد چیست؟

1) ایمنی بالاتر:

گوگرد گرانوله یا پاستیل‌شده گردوغبار اندکی تولید می‌کند و خطر انفجار غباری را به شدت کاهش می‌دهد. درنتیجه، هزینه‌های ایمنی و بیمه کاهش می‌یابد.

 2) سهولت حمل‌ونقل:

به‌دلیل یکنواختی اندازه ذرات و انسجام فیزیکی، عملیات بارگیری و تخلیه آسان‌تر و سریع‌تر صورت می‌گیرد.

 3) بازارپسندی:

خریداران بین‌المللی اغلب تمایل دارند گوگرد را در شکل گرانول یا پاستیل تحویل بگیرند، چرا که کیفیت، تمیزی و ایمنی محصول در این اشکال بالاتر است. بر اساس گزارش‌های تجاری در سال 2023، نزدیک به 70 درصد معاملات بزرگ گوگرد در بازار جهانی به‌صورت گرانول یا پاستیل بوده است.

 4) ذخیره‌سازی کارآمد:

با تبدیل گوگرد به اشکال پایدارتر، فضای کمتری برای انبارش نیاز است و میزان هدررفت نیز به حداقل می‌رسد.

فرایند گرانول کردن گوگرد پالایش‌شده چگونه انجام می‌شود؟

پیش از هر چیز، لازم است بدانیم گوگرد پالایش‌شده از نفت، معمولاً خلوص بالایی دارد (بالاتر از 99.9 درصد). همین امر موجب می‌شود در حالت مذاب، رفتار فیزیکی نسبتاً پایداری نشان دهد و برای گرانول سازی ایده‌آل باشد. فرایند گرانول‌سازی بسته به ظرفیت، تجهیزات موجود و اهداف محصول نهایی می‌تواند متفاوت طراحی شود، اما عموماً مراحلی نسبتاً مشابه را طی می‌کند.

انواع فرایند های گرانول‌سازی

فرایند های گرانول‌سازی گوگرد پالایش‌شده، به سه روش متداول گرانوله کردن بستر سیال، مسطح و دیگ خنک کننده، به شرح زیر است:

1. گرم کردن اولیه:

گوگرد پالایش‌شده به‌صورت مذاب در دمای حدود 130 تا 150 درجه سانتی‌گراد ذخیره می‌شود تا از حالت جامد خارج شود.

2. انتقال به واحد شکل‌دهی:

بسته به فناوری، گوگرد مذاب از طریق نازل‌های پاششی یا سیستم توزیع‌کننده، روی یک سطح خنک می‌ریزد یا به درون دستگاهی چرخان وارد می‌شود.

3. خنک‌سازی کنترل‌شده:

در استوانه خنک کننده، گوگرد مذاب به‌تدریج سرد می‌شود و به فرم ذرات کروی درمی‌آید. در روش گرانوله کردن مسطح، یک دیسک چرخان وظیفه دارد قطرات گوگرد را به‌صورت لایه‌ای بچرخاند تا پس از خنک شدن، دانه‌های نسبتاً هم‌اندازه ایجاد شوند. روش گرانوله کردن بستر سیال، یک جریان هوای سرد را از میان توده ذرات عبور می دهد و موجب شکل‌گیری گرانول‌های منسجم و یکدست می‌شود.

4. غربال‌گری و دسته‌بندی:

ذراتی که در محدوده ابعادی تعیین‌شده نیستند، ممکن است دوباره ذوب یا به چرخه تولید بازگردانده شوند. ذرات نهایی با اندازه 2 تا 6 میلی‌متر بسته به نیاز بازار یا سفارش مشتری، آماده بسته‌بندی یا ارسال می‌شوند.

تجهیزات مورد استفاده و فناوری‌های روز در گرانول کردن گوگرد

شرکت‌های بزرگی مانند شل و ساندویک، در زمینه تولید تجهیزات گرانول‌سازی گوگرد فعال هستند. برخی از خطوط پیشرفته دارای سامانه‌های کنترل اتوماتیک دما، سرعت چرخش و توزیع گوگرد مذاب هستند تا بیشترین بازدهی و کمترین ضایعات ممکن را به دست آورند. فناوری‌هایی نظیر گرانوله کردن پیوسته، امکان تولید مداوم با ظرفیت بالای 2000 تن در روز را فراهم کرده است. همچنین، سامانه‌های فیلتراسیون و گردگیرهای پیشرفته هم در خطوط گرانول‌سازی نصب می‌شوند تا ریسک حوادث و آلودگی محیط را به حداقل برسانند.

نکات فنی در بهینه‌سازی اندازه و شکل گرانول‌ها

برای رسیدن به بهینه‌ترین حالت در شکل گرانول‌ها، بهتر است به موارد زیر توجه کنید:

1. دما و ویسکوزیته گوگرد:

اگر دمای گوگرد خیلی بالا باشد، رقیق شده و احتمال خرد شدن یا به‌هم چسبیدن ذرات افزایش می‌یابد.

2. کنترل نرخ خنک‌سازی:

سریع بودن بیش‌ازحد خنک‌سازی منجر به ترک‌های داخلی در ذرات و کاهش استحکام مکانیکی می‌شود.

3. سرعت چرخش دیسک یا درام:

اگر سرعت خیلی کم باشد، گرانول‌ها درشت می‌شوند و اگر خیلی زیاد باشد، ممکن است به شکل گردوغبار جامد درآیند.

4. کیفیت هوای خنک‌کننده:

وجود ناخالصی یا رطوبت در هوای خنک‌کننده می‌تواند شکل نهایی گرانول‌ها را تحت تأثیر قرار دهد.

فرایند پاستیل کردن گوگرد پالایش‌شده چگونه انجام می‌شود؟

اگرچه ایده اصلی در پاستیل کردن گوگرد نیز تبدیل گوگرد مذاب به ذرات کوچک جامد است، اما روش کار و تجهیزات به‌کاررفته با فرایند گرانول‌سازی تفاوت‌هایی اساسی دارد. در پاستیل کردن، کنترل سایز و شکل نهایی ذرات گوگرد بیشتر مبتنی بر نازل‌های چکاننده و سرعت حرکت نوار یا صفحه سرد است.

مراحل اصلی تولید پاستیل گوگرد 

1. ذوب گوگرد و تنظیم دما:

گوگرد پالایش‌شده در یک تانک یا مخزن، معمولاً بین 125 تا 135 درجه سانتی‌گراد نگه داشته می‌شود. دقت در کنترل دمای مذاب، کیفیت پاستیل نهایی را تضمین می‌کند.

2. جریان‌یابی و قطره‌سازی:

گوگرد مذاب از طریق دریچه‌ها یا نازل‌های خاصی به‌صورت قطرات یکنواخت روی نوار یا صفحه سرد چکانده می‌شود. این نازل‌ها می‌توانند ثابت یا متحرک باشند و تعدادشان بر اساس ظرفیت خط تعیین می‌شود.

3. جامدسازی سریع:

نوار فلزی یا پلی‌اتیلنی سرد، گرمای قطره‌های گوگرد را جذب می‌کند و آن‌ها را فوراً جامد می‌نماید. این مرحله نیازمند یک سیستم خنک‌کننده دقیق است تا دمای سطح نوار در محدوده‌ای بماند که قطرات شکل دلخواه را پیدا کنند و تغییر حالت ناگهانی به گوگرد پودری یا تخریب ساختار رخ ندهد.

4. جمع‌آوری و انتقال به بخش بسته‌بندی:

پاستیل‌های تولیدشده توسط تیغه‌های گردان یا مکانیزم‌های مشابه از روی نوار جدا و به مخازن ذخیره یا نوار نقاله‌های بعدی منتقل می‌شوند.

بررسی ماشین آلات  پاستیل ساز

ماشین‌های پاستیل ساز عموماً دارای بخش کنترل دمای بسیار حساس، نازل‌های فولادی ضدزنگ مقاوم به خوردگی و یک سیستم خنک‌کننده گردشی هستند. در برخی خطوط پیشرفته، حسگرهای لیزری نیز برای اندازه‌گیری ضخامت و سرعت تشکیل قطره وجود دارد. ظرفیت تولید این ماشین‌ها معمولاً از 100 تا 1600 تن در روز متغیر است، اما برای تولیدات انبوه، ممکن است چند خط به‌صورت موازی کار کنند. در منطقه خلیج فارس و آسیای شرقی، شرکت‌هایی مانند IPCO و Devco در طراحی و ساخت  پاستیل ساز های پیشرفته شهرت دارند.

مقایسه جامع گرانول و پاستیل گوگرد برای صنایع مختلف

پس از آشنایی با فرایندها و مزایا، احتمالاً این پرسش برای شما مطرح می‌شود که کدام شکل گوگرد برای کدام صنعت بهینه‌تر است؟ پاسخ به این پرسش وابسته به عوامل متعدد شامل ظرفیت مصرف، روش نگهداری، حساسیت به گردوغبار و ملاحظات زیست‌محیطی است.

کدام نوع گرانول کردن گوگرد برای صادرات بهتر است؟

بر اساس آمارهای سال 2023، بخش عمده‌ای از صادرات گوگرد از منطقه خاورمیانه و آمریکای شمالی در قالب گرانول صورت می‌گیرد. دلیل این امر، ظرفیت بالای خطوط گرانول‌سازی و سهولت بارگیری در کشتی‌های فله‌بر است. درحالی‌که پاستیل گوگرد معمولاً به مقاصد خاص و بازارهایی که ارزش افزوده بالاتر مدنظر دارند صادر می‌شود؛ به‌عبارتی، گرانول گوگرد برای مقادیر انبوه و پاستیل گوگرد برای سفارش‌های با حساسیت و ارزش بیشتر استفاده می‌شود.

کدام نوع برای کود شیمیایی یا کشاورزی مناسب‌تر است؟

در صنعت کود شیمیایی، گوگرد گرانوله به‌دلیل پایداری بیشتر در خاک و سهولت مخلوط شدن با سایر مواد اولیه، محبوبیت دارد. به‌ویژه در تولید کودهای ترکیبی (NPK+S)، گرانول گوگرد می‌تواند به‌راحتی با خط تولید هماهنگ شود. ازسوی‌دیگر، پاستیل گوگرد گاه در کشاورزی دقیق (Precision Agriculture) استفاده می‌شود، جایی که کنترل میزان رهایش گوگرد اهمیت ویژه‌ای دارد. برخی تولیدکنندگان کود ارگانیک نیز ترجیح می‌دهند با پاستیل گوگرد کار کنند تا اطمینان یابند گردوغبار و آلودگی ذرات معلق به حداقل می‌رسد.

مسائل زیست‌محیطی و ایمنی در هر نوع

هرچند هر دو روش باعث کاهش ریسک‌های زیست‌محیطی ناشی از گردوغبار گوگرد می‌شوند، اما خطوط گرانول‌سازی بزرگ گاه نیازمند مصرف انرژی بالاتری هستند و می‌بایست حتماً سیستم فیلتراسیون کارآمد داشته باشند تا هوای خروجی را پاک‌سازی کنند. در مورد پاستیل کردن، فضای اشغالی توسط تجهیزات ممکن است کمتر باشد، اما به سیستم خنک‌کننده مداوم نیاز است و درصورتی‌که دفع آب خنک‌کننده درست انجام نشود، می‌تواند آلایندگی حرارتی ایجاد کند. بنابراین، از منظر زیست‌محیطی و ایمنی، هر دو روش باید به‌خوبی طراحی، نصب و کنترل شوند تا مزایای واقعی آن‌ها در عمل محقق گردد.

کلام آخر:

در سال‌های اخیر، سرمایه‌گذاری در بخش‌ فرآوری گوگرد به‌شکل گرانول و پاستیل، خصوصاً در کشورهای نفت‌خیز خاورمیانه مانند عربستان سعودی و ایران، رشد چشمگیری داشته است. پیش‌بینی می‌شود تا سال 2030 ظرفیت خطوط گرانول‌سازی و پاستیل‌سازی در منطقه به بیش از 10 میلیون تن در سال برسد. هرچند گرانول کردن گوگرد نفتی و پاستیل کردن گوگرد هر دو ارزش‌آفرین هستند، اما انتخاب نهایی میان این دو فرایند، باید متناسب با استراتژی کلان تجاری و محدودیت‌های فنی شما انجام گیرد. صنایع آرال شیمی، تولید کننده کاتالیست های سولفورزدایی از مشتقات نفتی با نام های سولفورین و دسولفاکس است. این کاتالیست ها به روش ODS قادر به حذف انواع ترکیبات گوگردی از مشتقات نفتی هستند.