سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778
گاز طبیعی به عنوان یکی از مهمترین منابع انرژی جهان، نقشی کلیدی در تأمین سوخت مورد نیاز صنایع، نیروگاهها و مصرفکنندگان خانگی ایفا میکند. با این حال، گاز طبیعی استخراجشده از مخازن زیرزمینی همواره به صورت خالص در دسترس نیست و شامل ترکیبات گوناگونی همچون هیدروکربنهای سنگین، آب، دیاکسیدکربن، سولفید هیدروژن و ترکیبات گوگرددار میباشد. یکی از مهمترین این ناخالصیها، مرکاپتانها (Mercaptans) یا تیولها هستند که به دلیل بوی بسیار تند و زننده، اثرات خورنده و مشکلات زیستمحیطی، حضورشان در گاز طبیعی غیرقابل قبول است. از این رو، حذف Mercaptan از گاز طبیعی به یک ضرورت حیاتی در صنعت گاز تبدیل شده است.
در این مقاله تلاش میشود به بررسی جامع ماهیت Mercaptans ، چالشهای اصلی در حذف آنها و روشهای صنعتی و نوین برای تصفیه گاز طبیعی پرداخته شود. همچنین، راهکارهای بهینهسازی فرایند و آیندهپژوهی در این حوزه مورد بحث قرار خواهد گرفت.
مرکاپتان چیست و چرا باید حذف شود؟
مرکاپتانها دستهای از ترکیبات آلی گوگرددار با فرمول عمومی R–SH هستند که در آن R میتواند یک زنجیره آلکیلی یا آروماتیک باشد. بوی تند و ناخوشایند آنها حتی در غلظتهای بسیار پایین (چند ppm) قابل تشخیص است. به همین دلیل، برخی از Mercaptansعمداً به گاز طبیعی تصفیهشده افزوده میشوند تا در صورت نشتی، امکان تشخیص سریع توسط مصرفکنندگان فراهم گردد.
اما در گاز طبیعی خام، حضور بیش از حد Mercaptan مشکلاتی ایجاد میکند:
خوردگی تجهیزات به ویژه در خطوط لوله و مبدلهای حرارتی.
سمیت و مشکلات زیستمحیطی در صورت انتشار به هوا.
کاهش کیفیت گاز طبیعی و ایجاد مشکلات در واحدهای پاییندستی مانند پتروشیمیها.
اختلال در کاتالیستها در فرایندهای شیمیایی، به دلیل خاصیت مسمومکنندگی کاتالیستی Mercaptans.
بنابراین حذف Mercaptansبرای رسیدن به استانداردهای جهانی کیفیت گاز، امری ضروری است.
چالشهای حذف مرکاپتان از گاز طبیعی
۱- تنوع ساختاری مرکاپتانها
مرکاپتانها میتوانند شامل ساختارهای خطی، شاخهدار یا آروماتیک باشند. برخی از آنها مانند متیل مرکاپتان (CH₃SH) به نسبت سادهتر حذف میشوند، اما مرکاپتانهای سنگینتر و شاخهدار به دلیل پایداری بیشتر، فرایند جداسازی دشوارتری دارند.
۲- شباهت خواص فیزیکی با هیدروکربنها
دمای جوش و فشار بخار مرکاپتانها مشابه بسیاری از هیدروکربنهای موجود در گاز طبیعی است. همین موضوع سبب میشود جداسازی آنها از طریق روشهای فیزیکی ساده مانند تقطیر دشوار باشد.
۳- خوردگی تجهیزات
حضور Mercaptansهمراه با رطوبت و دیاکسیدکربن، محیطی خورنده ایجاد میکند که میتواند منجر به آسیب جدی تجهیزات در واحدهای تصفیه و خطوط لوله شود. این موضوع هزینههای عملیاتی و نگهداری را افزایش میدهد.
۴- هزینه بالای فرایندهای شیمیایی
روشهای متداول حذف Mercaptan مانند استفاده از محلولهای قلیایی یا جذب روی کاتالیستها، معمولاً نیازمند صرف انرژی و مواد شیمیایی زیادی هستند که هزینه نهایی تولید گاز تصفیهشده را بالا میبرند.
۵- مسائل زیستمحیطی
روشهای شیمیایی، اغلب منجر به تولید محصولات جانبی خطرناک نظیر سولفیدها و دیسولفیدها میشوند که مدیریت پسماند و جلوگیری از انتشار آنها، یک چالش اساسی در صنایع گازی محسوب میشود.
روشهای مختلف حذف مرکاپتان
۱- روشهای جذب فیزیکی
در این روشها، مرکاپتانها به وسیله حلالهایی مانند متانول یا حلالهای هیدروکربنی سنگین جذب میشوند.
مزایا: طراحی ساده و امکان بازیافت حلال.
معایب: ظرفیت محدود جذب و دشواری در جداسازی مرکاپتانهای سنگین.
۲- روشهای جذب شیمیایی (Sweetening)
این روش متداولترین شیوه حذف Mercaptan است و شامل تماس گاز طبیعی با محلولهای قلیایی مانند سود سوزآور (NaOH) یا کربنات پتاسیم میباشد.
در واکنش با سود، مرکاپتانها به تیولات (R–SNa) تبدیل میشوند که حلالیت بالایی در آب دارند.
سپس میتوان آنها را با اکسیداسیون به دیسولفید (RSSR) تبدیل و از سیستم خارج کرد.
۳- فرایند Merox (Mercaptan Oxidation)
یکی از پرکاربردترین روشها در صنایع پالایش و گاز، فرایند Merox است. در این فرایند Mercaptans در حضور کاتالیست و سود سوزآور به دیسولفیدها اکسید میشوند.
مزایا: هزینه کمتر نسبت به روشهای پیچیده، قابلیت استفاده در واحدهای پالایشگاهی.
معایب: نیاز به مدیریت پساب قلیایی و دیسولفیدها.
۴- جذب بر روی بستر جامد
برخی از جاذبهای جامد مانند زئولیتها، آلومینا فعال و کربن فعال توانایی جذب Mercaptans را دارند.
مزایا: کارایی بالا برای غلظتهای پایین Mercaptan .
معایب: نیاز به احیای مکرر بستر و کاهش راندمان در حضور رطوبت.
۵- اکسیداسیون کاتالیستی مستقیم
در این روش، مرکاپتانها مستقیماً بر روی کاتالیستهای فلزی اکسید میشوند و به دیسولفید یا سولفور تبدیل میگردند. این فرایند معمولاً در دماهای بالا انجام میشود.
۶- استفاده از فناوریهای نوین غشایی
غشاهای پلیمری و کامپوزیتی جدید قابلیت جداسازی مرکاپتانها را از جریان گاز دارند. این فناوری در سالهای اخیر توجه زیادی جلب کرده است.
مزایا: عدم نیاز به مواد شیمیایی اضافی، طراحی فشرده.
معایب: هزینه اولیه بالا و حساسیت به دما و فشار.
مقایسه روشهای حذف مرکاپتان
| روش | مزایا | معایب | کاربرد متداول |
|---|---|---|---|
| جذب فیزیکی | طراحی ساده، بازیافتپذیر | ظرفیت محدود | غلظت پایین مرکاپتان |
| جذب شیمیایی | کارایی بالا | تولید پساب قلیایی | واحدهای گاز شیرینسازی |
| Merox | اقتصادی، صنعتی | مدیریت پسماند | پالایشگاهها |
| بستر جامد | مناسب برای غلظت کم | نیاز به احیا | تصفیه نهایی |
| اکسیداسیون کاتالیستی | حذف کامل | مصرف انرژی بالا | واحدهای خاص |
| غشایی | فناوری نوین | هزینه بالا | آینده صنعت گاز |
ترکیب فناوریها: استفاده همزمان از روشهای جذب شیمیایی و غشایی برای دستیابی به راندمان بالاتر.
بازیافت محصولات جانبی: تبدیل دیسولفیدها به گوگرد عنصری یا سایر ترکیبات مفید.
بهینهسازی مصرف انرژی با استفاده از مبدلهای حرارتی و بازیافت گرما در فرایندها.
توسعه کاتالیستهای نوین با پایداری بیشتر و مقاومت در برابر مسمومیت کاتالیستی.
پایش آنلاین غلظت Mercaptans برای کنترل بهینه عملیات واحد تصفیه.
آینده فناوری حذف مرکاپتان
صنعت گاز به سمت روشهای پایدار، کمهزینه و سازگار با محیط زیست حرکت میکند. پیشبینی میشود که در آینده استفاده از فناوریهای زیر گسترش یابد:
غشاهای نانوساختار با قابلیت انتخابپذیری بالا.
کاتالیستهای زیستی (آنزیمی) برای اکسیداسیون سبز Mercaptans.
فناوری پلاسمایی جهت شکستن پیوندهای گوگرد–هیدروژن در شرایط ملایم.
یکپارچهسازی هوش مصنوعی در مدیریت و کنترل واحدهای شیرینسازی گاز.
حذف Mercaptan از گاز طبیعی یک ضرورت اساسی برای تضمین کیفیت، ایمنی و پایداری فرایندهای صنعتی است. با توجه به چالشهای فنی، اقتصادی و زیستمحیطی، انتخاب روش مناسب بستگی به شرایط خاص هر میدان گازی دارد. در حال حاضر، فرایندهای شیمیایی و Merox پرکاربردترین فناوریها محسوب میشوند، اما آینده صنعت به سمت استفاده از فناوریهای نوین غشایی، نانومواد و زیستکاتالیستها حرکت خواهد کرد.
بدون دیدگاه