گوگردزدایی از نفت و فرآوردههای نفتی چگونه انجام میشود؟
گوگرد یکی از مهمترین ناخالصیهای موجود در نفت خام و بسیاری از فرآوردههای نفتی است. وجود ترکیبات گوگردی در نفت میتواند باعث خوردگی تجهیزات، کاهش کیفیت سوخت و افزایش انتشار آلایندههایی مانند اکسیدهای گوگرد شود. به همین دلیل، گوگردزدایی از نفت و فرآوردههای نفتی یکی از مراحل مهم در پالایشگاهها به شمار میرود.
امروزه پالایشگاهها از روشهای مختلفی برای کاهش میزان گوگرد استفاده میکنند که در میان آنها، گوگردزدایی هیدروژنی (Hydrodesulfurization) یکی از رایجترین و مهمترین روشهای صنعتی است.
گوگردزدایی چیست؟
گوگردزدایی یا Desulfurization به مجموعه فرآیندهایی گفته میشود که برای حذف یا کاهش ترکیبات گوگردی از نفت خام، برشهای نفتی و فرآوردههای پالایشگاهی انجام میشوند.
گوگرد موجود در نفت به شکلهای مختلفی دیده میشود. برخی از مهمترین ترکیبات گوگردی عبارتاند از:
- سولفیدها
- دیسولفیدها
- مرکاپتانها
- تیوفنها
- بنزوتیوفنها
- دیبنزوتیوفنها
نوع و مقدار ترکیبات گوگردی به منبع نفت خام و ترکیب شیمیایی آن بستگی دارد.
چرا گوگردزدایی از نفت اهمیت دارد؟
وجود مقدار زیاد گوگرد در نفت و فرآوردههای نفتی مشکلات مختلفی ایجاد میکند. به همین دلیل کاهش گوگرد از جنبههای فنی، اقتصادی و زیستمحیطی اهمیت زیادی دارد.
کاهش آلودگی هوا
هنگام سوختن سوختهای حاوی گوگرد، ترکیبات گوگردی به اکسیدهای گوگرد، بهویژه SO₂، تبدیل میشوند. این ترکیبات در آلودگی هوا و تشکیل باران اسیدی نقش دارند.
کاهش میزان گوگرد سوخت باعث کاهش انتشار این آلایندهها میشود.
جلوگیری از خوردگی تجهیزات
برخی ترکیبات گوگردی میتوانند در شرایط عملیاتی خاص باعث خوردگی تجهیزات پالایشگاهی، خطوط لوله و سیستمهای فرآیندی شوند. حذف یا کاهش این ترکیبات میتواند به افزایش عمر تجهیزات کمک کند.
افزایش کیفیت سوخت
کاهش گوگرد یکی از معیارهای مهم کیفیت بسیاری از فرآوردههای نفتی است. سوختهای کمگوگرد معمولاً برای دستیابی به استانداردهای زیستمحیطی و عملکرد مناسب موتور مورد نیاز هستند.
محافظت از کاتالیستها
برخی ترکیبات گوگردی میتوانند موجب مسمومیت کاتالیستهای مورد استفاده در واحدهای پالایشگاهی شوند. به همین دلیل، خوراک برخی واحدهای پاییندستی پیش از ورود به فرآیند باید تصفیه شود.
گوگردزدایی هیدروژنی چیست؟
یکی از رایجترین روشهای صنعتی برای حذف گوگرد، گوگردزدایی هیدروژنی یا Hydrodesulfurization (HDS) است.
در این روش، خوراک نفتی در حضور هیدروژن و کاتالیست مناسب، در دما و فشار بالا وارد راکتور میشود. ترکیبات گوگرددار موجود در خوراک با هیدروژن واکنش داده و گوگرد آنها عمدتاً به شکل سولفید هیدروژن (H₂S) جدا میشود.
به صورت ساده میتوان واکنش را به شکل زیر نشان داد:
ترکیب آلی گوگرددار + H₂ → هیدروکربن + H₂S
H₂S تولیدشده نیز معمولاً به واحدهای تصفیه گاز و سپس واحد بازیابی گوگرد ارسال میشود.
فرآیند گوگردزدایی هیدروژنی چگونه انجام میشود؟
فرآیند HDS معمولاً شامل چند مرحله اصلی است.
1. ورود خوراک
برش نفتی مورد نظر، مانند نفتا، نفت سفید یا گازوئیل، وارد واحد هیدروتریتینگ میشود.
2. ترکیب با هیدروژن
خوراک با جریان هیدروژن مخلوط میشود. هیدروژن مورد نیاز میتواند از واحدهای تولید یا بازیابی هیدروژن پالایشگاه تأمین شود.
3. پیشگرمایش
مخلوط خوراک و هیدروژن توسط مبدلهای حرارتی و در صورت نیاز کوره فرآیندی گرم میشود تا به شرایط مناسب برای ورود به راکتور برسد.
4. واکنش در راکتور
جریان وارد راکتور کاتالیستی میشود. در این بخش، ترکیبات گوگرددار در حضور هیدروژن و کاتالیست به H₂S و هیدروکربنهای متناظر تبدیل میشوند.
5. خنکسازی و جداسازی
جریان خروجی راکتور خنک شده و وارد تجهیزات جداسازی میشود. گاز و مایع از یکدیگر جدا میشوند.
6. حذف H₂S
گاز حاوی H₂S معمولاً برای تصفیه بیشتر به واحد آمین فرستاده میشود. سپس H₂S میتواند در واحد بازیابی گوگرد به گوگرد عنصری تبدیل شود.
7. تولید فرآورده کمگوگرد
در پایان، محصول مایع تصفیهشده دارای مقدار بسیار کمتری از ترکیبات گوگردی خواهد بود و میتواند به واحدهای بعدی یا بخش ذخیرهسازی منتقل شود.
کاتالیستهای مورد استفاده در گوگردزدایی
کاتالیست نقش بسیار مهمی در فرآیند HDS دارد. کاتالیستهای صنعتی معمولاً از فلزات فعال روی یک پایه مناسب تشکیل میشوند.
از رایجترین سیستمهای کاتالیستی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- کبالت ـ مولیبدن (Co-Mo)
- نیکل ـ مولیبدن (Ni-Mo)
- نیکل ـ تنگستن (Ni-W)
انتخاب کاتالیست به عواملی مانند نوع خوراک، میزان گوگرد، نوع ترکیبات گوگردی، فشار هیدروژن و مشخصات محصول نهایی بستگی دارد.
گوگردزدایی از چه فرآوردههایی انجام میشود؟
گوگردزدایی میتواند برای طیف گستردهای از خوراکها و فرآوردههای نفتی انجام شود. از جمله:
نفتا
نفتا معمولاً پیش از ورود به واحدهایی مانند ریفرمینگ کاتالیستی تحت عملیات هیدروتریتینگ قرار میگیرد تا ترکیبات گوگردی آن کاهش پیدا کند.
نفت سفید و سوخت جت
کاهش گوگرد در این برشها برای دستیابی به مشخصات کیفی مناسب اهمیت دارد.
گازوئیل
گازوئیل یکی از مهمترین محصولاتی است که تحت فرآیند گوگردزدایی قرار میگیرد. کاهش گوگرد گازوئیل به کنترل انتشار اکسیدهای گوگرد کمک میکند.
خوراکهای سنگین
برشهای سنگینتر نیز میتوانند تحت فرآیندهای هیدروتریتینگ و هیدروگوگردزدایی قرار گیرند، اگرچه به دلیل ساختار پیچیدهتر ترکیبات گوگردی، تصفیه آنها دشوارتر است.
روشهای دیگر گوگردزدایی
اگرچه هیدروگوگردزدایی رایجترین روش صنعتی است، اما روشهای دیگری نیز برای کاهش گوگرد وجود دارند.
گوگردزدایی اکسیداتیو
در Oxidative Desulfurization (ODS) ترکیبات گوگردی ابتدا اکسید شده و سپس با استفاده از روشهایی مانند استخراج یا جذب از جریان نفتی جدا میشوند.
این روش برای برخی ترکیبات گوگردی مقاوم به HDS مورد توجه قرار گرفته است.
گوگردزدایی جذبی
در این روش، ترکیبات گوگردی توسط یک ماده جاذب از جریان هیدروکربنی حذف میشوند.
نوع جاذب و شرایط فرآیند بر میزان حذف گوگرد تأثیر زیادی دارد.
گوگردزدایی زیستی
در روشهای زیستی، از میکروارگانیسمها یا آنزیمها برای تبدیل یا حذف برخی ترکیبات گوگردی استفاده میشود. این روش از نظر تحقیقاتی مورد توجه است، اما کاربرد صنعتی آن نسبت به هیدروتریتینگ محدودتر است.
عوامل مؤثر بر عملکرد واحد گوگردزدایی
عملکرد فرآیند گوگردزدایی به عوامل مختلفی بستگی دارد. مهمترین آنها عبارتاند از:
- دمای واکنش
- فشار هیدروژن
- نسبت هیدروژن به خوراک
- نوع کاتالیست
- مقدار گوگرد موجود در خوراک
- نوع ترکیبات گوگردی
- سرعت فضایی خوراک
- کیفیت و فعالیت کاتالیست
- زمان تماس خوراک با کاتالیست
تنظیم صحیح این پارامترها برای دستیابی به میزان مطلوب گوگردزدایی ضروری است.
چرا برخی ترکیبات گوگردی سختتر حذف میشوند؟
تمام ترکیبات گوگردی رفتار یکسانی ندارند. ترکیبات سادهتر مانند برخی سولفیدها و مرکاپتانها معمولاً راحتتر در فرآیند HDS حذف میشوند.
در مقابل، ترکیبات آروماتیک پیچیده مانند دیبنزوتیوفنها و مشتقات آنها مقاومت بیشتری در برابر گوگردزدایی دارند. به همین دلیل، برای دستیابی به سوختهای بسیار کمگوگرد، طراحی مناسب کاتالیست و شرایط عملیاتی اهمیت بیشتری پیدا میکند.
تجهیزات اصلی واحد گوگردزدایی
یک واحد صنعتی گوگردزدایی هیدروژنی معمولاً از تجهیزات مختلفی تشکیل شده است، از جمله:
- راکتور هیدروتریتینگ
- کوره فرآیندی
- مبدلهای حرارتی
- جداکننده فشار بالا
- کمپرسور هیدروژن
- کولرها و خنککنندهها
- برج استریپر
- تجهیزات تصفیه گاز
- واحد آمین
- واحد بازیابی گوگرد
این تجهیزات در کنار یکدیگر شرایط لازم را برای تصفیه خوراک و تولید فرآورده کمگوگرد فراهم میکنند.
گوگردزدایی و ارتباط آن با واحد هیدروتریتینگ
گوگردزدایی هیدروژنی معمولاً به عنوان یکی از مهمترین واکنشهای انجامشده در واحد هیدروتریتینگ شناخته میشود.
در واحد هیدروتریتینگ، علاوه بر حذف گوگرد، ممکن است ترکیبات نیتروژندار و اکسیژندار نیز کاهش پیدا کنند و برخی ترکیبات غیراشباع هیدروژنه شوند.
بنابراین، هیدروتریتینگ را میتوان یک فرآیند جامعتر برای تصفیه برشهای نفتی دانست که هیدروگوگردزدایی یکی از اهداف اصلی آن است.
مزایای گوگردزدایی از فرآوردههای نفتی
مهمترین مزایای این فرآیند عبارتاند از:
- کاهش انتشار اکسیدهای گوگرد
- تولید سوختهای کمگوگرد
- افزایش کیفیت فرآوردههای نفتی
- کاهش خوردگی تجهیزات
- افزایش عمر برخی کاتالیستهای پاییندستی
- کمک به رعایت استانداردهای زیستمحیطی
- بهبود کیفیت خوراک واحدهای پالایشگاهی
جمعبندی
گوگردزدایی از نفت و فرآوردههای نفتی یکی از فرآیندهای مهم در پالایشگاهها است که با هدف کاهش ترکیبات گوگردی و تولید فرآوردههای باکیفیت و کمآلاینده انجام میشود.
در میان روشهای مختلف، گوگردزدایی هیدروژنی (HDS) به دلیل قابلیت صنعتی بالا، کاربرد گستردهای دارد. در این فرآیند، خوراک نفتی در حضور هیدروژن و کاتالیست در راکتور تصفیه شده و ترکیبات گوگردی عمدتاً به H₂S تبدیل میشوند. سپس H₂S در واحدهای پاییندستی مانند واحد آمین و بازیابی گوگرد مدیریت میشود.
با توجه به اهمیت کاهش آلایندهها و افزایش کیفیت سوختها، فناوریهای گوگردزدایی همچنان یکی از بخشهای کلیدی فرآیند پالایش نفت به شمار میروند.
