اسیدفرمیک یا جوهر مورچه چیست و چه کاربردی در سولفورزدایی دارد؟

یکی از مخاطرات جدی زیست محیطی، وجود عنصر گوگرد (سولفور) در سوخت های مصرفی سیستم های حمل و نقل جاده ای، هوایی و دریایی است. ازین رو، استانداردهای مختلفی برای حداکثر میزان گوگرد موجود در نظر گرفته شد. این استانداردها شامل استانداردهای یورو 4 و یورو 5 برای سوخت حمل و نقل جاده ای و ریلی، کنوانسیون مارپل برای سوخت کشتی ها، استانداردهای IATA و ASTM برای سوخت های هواپیما می باشد. برای حذف گوگرد در سوخت روش های مختلفی معرفی شده است. یکی از رایج ترین راهکارها، روش اکسیداسیون (ODS) می باشد. برای این منظور، از کاتالیست های متنوعی استفاده می شود. در ادامه به معرفی و مقایسه دو اکسیدکننده فرمیک اسید(جوهر مورچه) و کاتالیست سولفورین می پردازیم.

♣  پیشنهاد میکنیم حتماً مقالات مرتبط در این زمینه را مطالعه بفرمایید:

اسید فرمیک یا جوهر مورچه 🐜 چیست؟

معرفی و خواص فیزیکی فرمیک اسید:

اسید متانوئیک، معروف به اسید فرمیک(جوهر مورچه)،HCOOH ، مایعی بی رنگ، شفاف و خورنده با بوی تند است.

این قوی ترین اسید آلکیل کربوکسیلیک جایگزین نشده است. با آب و بسیاری از حلال های قطبی کاملاً قابل اختلاط است اما فقط تا حدی با هیدروکربن ها قابل اختلاط است. فرمیک اسید نام خود را از مورچه ها (lat.Formica) گرفته است که برای اولین بار از آن با تقطیر خشک بدست آمده است. به همین خاطر، یکی از نام های آن؛ جوهر مورچه می باشد.

اسید متانوئیک و نمک های آن در درجه اول در صنایع غذایی، دباغی چرم و ضد یخ استفاده می شود. سایر کاربردها شامل رنگرزی پارچه، مواد افزودنی غذایی، لاستیک طبیعی، مایعات حفاری و فرآیندهای شیمیایی مختلف است.

پایداری:

حتی اگر اسید فرمیک در دمای اتاق نسبتاً پایدار باشد، در واقع یک ترکیب ناپایدار حرارتی است که دارای دو مسیر اصلی جایگزین برای تجزیه است:

واکنش آبگیری، که در فاز مایع غالب است، در حضور کاتالیزورهای اکسید یا اسیدهای قوی ترجیح داده می شود، در حالی که واکنش دهیدروژناسیون (2) توسط کاتالیزورهای فلزی تقویت می شود. اسید فرمیک به ویژه در غلظت های نزدیک به 100٪ ناپایدار می شود و این باید در هنگام ذخیره متانوئیک اسید بسیار غلیظ مورد توجه قرار گیرد. به طور کلی، تجزیه فرمیک اسید هم تابعی از غلظت اسید و هم دما است.

کاربرد به عنوان حلال:

از اسید فرمیک می توان برای حل پلی آمیدها (به عنوان مثال ، نایلون 66 و نایلون 46) یا ابریشم برای تهیه الیاف و غشاها استفاده کرد. این ماده همچنین یک ماده مفید در محلول های تمیز کردن نیمه هادی است.

کاربرد فرمیک اسید در گوگردزدایی از برش های نفت و گاز:

اسید فرمیک به عنوان کاتالیزور گوگردزدایی در گوگرد زدایی از گاز سیال برای نیروگاه های دارای زغال سنگ استفاده می شود. محتوای گوگرد در زغال سنگ می تواند تا 5٪ هم برسد، در فرآیند پخت به صورت دی اکسید گوگرد آزاد می شود. گرفتن دی اکسیدگوگرد با عبور گاز سیال از محلول آبی آهک منجر به ایجاد گچ (سولفات کلسیم) می شود. افزودن متانوئیک اسید به چرخه گوگردزدایی باعث افزایش کارایی جداسازی گوگرد می شود.
از فرمیک اسید اغلب همراه با پراکسید هیدروژن به عنوان اکسیدکننده در فرآیند سولفورزدایی به روش اکسیداسیون استفاده می گردد. اغلب به همراه این دو اکسیدکننده، باید از کاتالیست های فلزی همچون آهن، نیکل، مولیبدن به همراه اکسید آلومینیوم استفاده کرد.

زمانی که هیدروکربن نفتی در معرض کاتالیزگرها و اسیدفرمیک یا پراکسید هیدروژن قرار می گیرد، منجر به ایجاد سولفوکسید و نهایتا تشکیل سولفون می شود. اسید فرمیک یا متانوئیک اسید تا حدی در برش دیزل حل می شود و سپس یک ترکیب آروماتیک (هیدروکربن یا ترکیب سولفات) پروتونه می شود. محصول واسط به دلیل قطبیت، به سوی رابط محلول آبی و برش دیزل منتقل می شود، که در آن توسط یک مولکول پراکسید هیدروژن اکسید می شود. هرچند درصد حذف گوگرد با استفاده از پراکسیدهیدروژن بالاتر از متانوئیک اسید است.

کاربرد سولفورین در گوگردزدایی از برش های نفتی:

کاتالیست سولفورین، یک اکسنده بسیار قوی برای فرآیند اکسیداسیون گوگردزدایی از انواع برش های سبک و سنگین نفت و گاز از قبیل کاندنسیت، گازوییل، مازوت، نفتا، کروزن(نفت سفید) و غیره استفاده می¬گردد. عموما نیازی به کاتالیست نداشته و حتی در دمای محیط هم عمل اکسیداسیون را به خوبی انجام می دهد. به علت قدرت بالای اکسیدکنندگی، می توان در چرخه سولفورزدایی به شکل بچ (Batch) یا پیوسته (Continuous) به دفعات از آن استفاده کرد. از منظر مولکولی، قطبیت بالای آن، موجب مستعد کردن سولفیدها برای اکسید شدن به صورت انتخابی به سولفوکسید یا سولفون می شوند. زمانی که اتمهای اکسیژن به اتمهای گوگرد پیوند می خورد، بر این اساس گشتاور دوقطبی ترکیبات گوگردی افزایش می یابد و بنابراین ظرفیت حل شدن آنها در حلال¬های قطبی(DMF ، DMSO، استونیتریل و غیره) به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

شباهت اسید فرمیک و سولفورین در فرآیند گوگردزدایی

از هر دو می توان به عنوان اکسیدکننده در واکنش اکسیداسیون در فرآیند گوگردزدایی از فرآورده های نفت و گاز استفاده کرد. سولفورین، واکنشگر بسیار قوی تری نسبت به اسیدفرمیک است و در غلظت های بسیارکم نیز می تواند بسیار موثر باشد. حتی در دمای محیط و در زمان بسیار کوتاه، بدون نیاز به کاتالیزگر و به تنهایی می تواند واکنش اکسیداسیون را به اتمام برساند و در یک چرخه عملیات حذف گوگرد، تا 5-7 مرتبه می توان از آن بهره گرفت. ازین رو، کاتالیستی بسیار اقتصادی به شمار می آید. در مقابل مصرف اسید فرمیک بالاتر از سولفورین بوده، عموما حتی با وجود استفاده از کاتالیزگر و درکنار پراکسید هیدروژن، بازدهی پایین تری  دارد. استفاده در دوزها و غلظت های بالا، در کنار بالا بودن نسبی قیمت این ماده، استفاده از این محصول را محدود کرده است.

سخن نهایی:

بسته به خوراک اولیه هیدروکربن، شرایط عملیاتی و کاربرد هدف محصول خروجی، می توان از هر دو ماده اسید فرمیک و کاتالیست سولفورین برای حذف گوگرد در مقیاس های آزمایشگاهی و صنعتی استفاده کرد. صنایع آرال شیمی، با معرفی محصول سولفورین، محلولی کنستانتره با غلظت بالا، فرموله شده مختص عملیات گوگردزدایی از فرآورده های نفتی و میعانات گازی، گامی استوار در راستای بهبود کیفیت سوخت در حمل و نقل و نجات محیط زیست برداشته است.