روش های گوگردزدایی

حذف گوگرد از سوخت­هاي نفتي و محصولات واسطه ­اي براي حفاظت از محیط‌زیست و زندگي انسان در برابر آلودگي هوا ضروري است و بنابراين کشورهاي مختلف قوانين و مقررات متفاوتي را بر روي حد مجاز گوگرد در سوخت­هاي حمل‌ونقل وضع کرده­ اند. فناوری‌های گوگردزدايي رويکردهاي مختلفي را مي­توان براي طبقه­ بندي روش­هاي گوگردزدايي مانند نقش هيدروژن در فرآيند، رفتار ترکيبات آلي گوگرد در فرآيند و ماهيت فرآيند استفاده شده به کار برد.

با اين حال، تمام اين روش­ ها داراي مزايا و معايبي هستند. بسته به نحوه تبديل ترکيبات گوگردي، فرآيندها را مي­توان به سه گروه تقسيم کرد: تجزيه، جداسازي، بدون تجزيه و تجزيه با جداسازي.

روش سنتي سولفورزدايي با هيدروکربن مي­تواند نمونه ­اي براي تجزيه باشد که در آن گوگرد به ترکيبات گوگردي گازي و جامد تجزيه مي­ شود، سپس قسمت هيدروکربني بازيافت شده و در جريان پالايشگاه باقي مي­ماند. در برخي از فرآيندها (به‌عنوان مثال گوگردزدايي اکسيداسيون) ترکيبات گوگرد جدا مي­شوند يا در ابتدا به ترکيبات حاوي گوگرد متفاوت تبديل مي­شوند که جداسازي آنها آسان­ تر است (به‌عنوان مثال سولفون‌ها).

روش­ هاي گوگردزدايي را نيز مي­توان به دو گروه دسته‌بندی کرد: "مبتني بر هیدروژنی" و "غير هیدروژنی". روش ­هاي مبتني بر گوگردزدايي هيدروژني از مواد اوليه به هيدروژن براي تجزيه ترکيبات گوگردي نياز دارند. براي روش ­هاي غير مبتني بر گوگردزدایی هیدروژنی، هيدروژن براي حذف ترکيبات آلي گوگرد از جريان پالايشگاه موردنیاز نيست.

روش های گوگردزدایی

گوگردزدایی هیدروژنی

متداول­ترين فرآيند صنعتي به کار گرفته­شده براي حذف گوگرد، فرآيند گوگردزدايي هيدروژني است. به طور کلي جدا کردن گوگرد آلي از سوخت­ هاي فسيلي مشکل است که دليل آن، پر انرژي بودن پيوندهايي است که براي انجام گوگردزدايي بايد شکسته شوند.شکستن اين پيوندها از طريق شيميايي صرفاً در فشارها و دماهاي بالا صورت مي­گيرد. براي اين کار در صنعت از يک فناوري فيزيکي- شيميايي به نام گوگردزدايي هيدروژني استفاده می‌شود که معمولاً از طريق جريان هم سوي گازوئيل و گاز هيدروژن روي يک بستر سیال کاتاليست انجام مي­گيرد. هرچه ميزان گوگرد کمتري را در محصول خروجي انتظار داشته باشيد، بايد عمليات را در دماها و فشارهای بالاتر انجام داد.

گوگردزدایی اکسیداسیونی

گوگردزدايي اکسيداسيونی، همانطور که از نام آن پيداست، شامل يک واکنش شيميايي بين يک اکسيدان و گوگرد است که گوگردزدايي را تسهيل مي­کند. اگرچه به گوگردزدایی اکسیداسیونی به‌عنوان يک فرآيند واحد اشاره می‌شود، اما هميشه شامل دو مرحله از نظر مفهومي متفاوت است. مرحله اول اکسيداسيون گوگرد است که ماهيت ترکيبات گوگرد را تغيير مي­دهد. مرحله دوم حذف گوگرد است که از خواص ترکيبات گوگرد اکسيد شده (برخلاف ترکيبات گوگردي اکسيد نشده) براي حذف آنها استفاده مي­کند. گوگردزدايي اکسيداسيون، از هوا به‌عنوان معرف به‌جای هیدروژن استفاده مي­کند. يکي از مزاياي اصلي گوگردزدايي اکسيداسيونی، قابليت اکسيد کردن و حذف ترکيبات گوگرد تيوفنيک در شرايط محيطي است که به دليل اثر بازدارندگي فضايي اطراف اتم گوگرد در مولکول، با فرآيند گوگردزدايي هيدروژني قابل انجام نيست.

روش گوگردزدايي اکسيداسيوني تنها روشي است که به ساخت واحدهاي صنعتي منجر شده است و شركت‌هاي معتبري مانند Eni ایتاليا و شركت كاتاليست سازي UOP  به‌شدت بر آن متمركز شده اند. عدم نياز به هيدروژن و كاركرد در دما و فشار عملياتي پايين، تفاوت اصلي اين روش با روش گوگردزدایی هیدروژنی است كه موجب كاهش هزينه هاي عملياتي مي­شود. همچنين، در فرآيند گوگردزدایی هیدروژنی، گوگرد موجود به هيدروژن سولفيد تبديل مي­شود، درحالي كه در فرآيند گوگردزدایی اکسیداسیونی تركيب گوگردي از فرآورده اوليه جدا می‌شود.

گوگردزدایی رسوبی

تبديل ترکيبات آلي سولفور به رسوبات نامحلول با استفاده از عوامل رسوب دهنده مختلف، اساس گوگردزدايي رسوبي را تشکيل مي­دهد. ترکيبات گوگردي به شکل نامحلول ته نشين مي­شوند که مي­توان به‌راحتی از طريق فيلتراسيون يا ته نشيني ثقلي از ذخاير خوراک خارج شد. عوامل رسوب‌دهنده مختلف از واکنش‌هاي شيميايي متفاوتي پيروي مي‌کنند، تا تبديل ترکيبات گوگردي محلول را به رسوبات نامحلول در سوخت‌هاي هيدروکربني مايع انجام دهند، به‌عنوان مثال تشکيل تيولات هاي فلزي، نمک­هاي اس-الکيل سولفونيوم و کمپلکس انتقال بار.

گوگردزدایی استخراجی

گوگردزدايى به روش استخراج به حلاليت تركيبات آلى گوگرددار در حلال معينى بستگى دارد و اين فرآيند را روش استخراج مايع-مايع می نامند كه دو فاز مايع بايد با هم غيرقابل امتزاج باشند. در مخزن مخلوط كن، نفت خام و حلال با هم مخلوط مي­شوند و تركيبات آلي گوگرددار به دليل حلاليت بيشتر در حلال، در داخل حلال استخراج مي‌شوند. سپس در قسمت جداكننده، هيدروكربن از حلال جدا مي­شود. بعد از جداسازي، هیدروکربن‌ها كه داراى گوگرد كمترى اند، در فرآيندها شركت می کنند. در طول فرآيند تقطير، تركيبات آلي گوگرددار از حلال جداسازي مي­شوند و حلال بازيافت مى­شود و دوباره در چرخه به مخزن حلال بر مي‌گردد. شکل زیر شماتيک اين فرآيند را نمايش مي­دهد.

                                                                   شماتیک فرآیند گوگردزدایی استخراجی

گوگردزدايي استخراجي به دليل آسان بودن كاربرد صنعتي آن، نداشتن نياز به هيدروژن و شرايط فرآيند، موردتوجه قرار گرفته است. هر چند محدودیت هایی هم دارد.

گوگردزدایی زیستی

گوگردزدايي زيستي به فرآيندي گفته مي­شود که طي آن، گوگرد موجود در ترکيبات آلي گوگرددار تحت عمل شکستن انتخابي پيوندهاي کربن-گوگرد توسط يک کاتاليست زيستي، از ترکيب جدا مي­شود. برخي بايوکاتاليست­ ها مي­توانند گوگرد را به نحوي از ترکيبات آلي جدا کنند که ترکيبات مطلوب موجود در سوخت آسيب قابل توجهي نبينند. گوگردزدايي مي­تواند به‌صورت يک فرآيند اکسايشي يا کاهشي باشد. گوگرد در فرآيند اکسايشي به سولفات، و در فرآيند کاهشي به سولفيد هيدروژن تبديل مي­شود. شرايطي که براي هر دو فرآيند در نظر گرفته مي شود، عمدتاً ميانه است. مانند فشار محيط و دماي 30 درجه سانتي­گراد.

اکثر مسيرهاي بايوکاتاليستي براي فرآيندهاي پالايش زيستي تنها در مقياس آزمايشگاهي و نهايتاً در مقياس نيمه صنعتي (پايلوت) مورد مطالعه قرار گرفته است، بزرگ­ترين کاري که براي پالايش زيستي نفت و با تمرکز بر گوگردزدايي صورت گرفته است، در مقياس پايلوت صورت پذيرفته است. اين کار به‌وسیله شرکت انرژي بايو سيستم به انجام رسيد.

گوگردزدایی به کمک نانومواد

نانومواد به دليل ويژگي­هاي همه کاره خود در گوگردزدايي نفت به‌عنوان جاذب و کاتاليزور کاربرد دارند. انواع مختلفي از نانومواد مانند TiO₂، Fe₂O₃، نانوذرات آهن صفر ظرفيت، نانولوله‌هاي کربني تک‌لایه و چند لایه اصلاح‌شده و غيره يافت شده‌اند. به طور مؤثر ترکيبات گوگرد را از نفت با جذب مستقيم يا استفاده به‌عنوان کاتاليزور در فرآيند گوگردزدایی اکسیداسیون حذف مي­کند. به دليل مساحت سطح بزرگ خود، نانومواد واکنش‌پذیری بالايي از خود نشان مي­دهند و بنابراين کارايي بالايي در گوگردزدايي از خود نشان مي­ دهند.

گوگردزدایی جذبی

گوگردزدايي جذبي شامل جذب انتخابي ترکيبات آلي سولفور در تقطيرهاي سبک بر روي يک جاذب مناسب است. فرآيند ممکن است در حالت ستوني يا حالت دسته­اي اجرا شود. در طول فرآيند، همانطور که خوراک با جاذب جامد در تماس قرار مي­گيرد، ترکيبات گوگردي بر روي سطح آن جذب مي­شوند. ويژگي­هاي مختلف مواد جاذب بر کارايي گوگردزدايي جذبي تأثير مي­گذارد. اينها شامل ظرفيت جذب، پايداري، گزینش‌پذیری، توانايي احیاء و دوام و غيره است.

                                                                              مقایسه کلی ای از فناوری های گوگردزدایی

نوشته شده توسط دکتر محسن شایان مهر