گوگردزدایی

بررسی روش‌های استخراج به‌وسيله مايعات يوني

ميزان گوگرد موجود در نفت‌خام،بسته به نوع منبع متغير است که باید حذف شود.یکی از این روش‌های حذف گوگرد، استخراج با مایعات یونی است.

به طور کلی،ميزان گوگرد موجود در نفت خام، بسته به نوع منبع آن بين 025/0 بعضا تاحدود 89/7 درصد وزنی متغير است.برای مثال، نفت خام خاورميانه حدود 5/1- 3 درصد وزنی گوگرد دارد. گوگرد به طور کلی به دو صورت معدنی و آلی در نفت‌خام وجود دارد. علاوه بر گوگرد عنصری، سولفات، سولفيت، تيو سولفات و سولفيد، بيش از 200 ترکيب آلی گوگرددار نفت شناسايی شــده که سولفيدها، تيول­‌ها، يا مرکاپتان­‌ها و تيوفن­‌ها را شامل می­‌شود.تيوفن و دیبنزوتيوفن­‌ها مولکول­‌های بسيار پيچيده‌­تری دارند. روش‌­های مختلفی برای گوگردزدايی از نفت‌خام و سيال پالايش شده، پيشنهاد شده است. اين استراتژی­‌ها شامل گوگردزدايی هيدرو، گوگردزدايی استخراجی، گوگردزدايی اکسيداســيونی، گوگردزدايی بيو، گوگردزدايی مبتنی بر آلکيلاسيون، گوگردزدايی مبتنی بر کلرينوليزيز و گوگردزدايی با اســتفاده از آب فوق بحرانی اســت. بهترين روش با بهترين کارايی برای گوگردزدايی از نفت سنگين، اکسيداسيون خودبه­‌خودی باتجزيه حرارتی است.

حذف ترکیبات گوگرددار

غلظت و ماهيــت ترکيبات حاوی گوگــرد در بالای نقطه جوششــان تغيير می­‌کند. با افزايــش در محدوده نقطه جوش ترکيبات گوگرددار، مقدار گوگرد در برش تقطير شــده افزايش مي‌­يابد، يعنی سنگين­‌ترين برش حاوی بيشترين مقدار ترکيبات گوگرد است. ترکيبات گوگرددار با افزايش نقطه جوش مقاوم‌­تر می‌­شــوند.
همان طوری‌که طبقه­‌بندی ترکيبات مهم از تيول‌­ها، سولفيدها و تيوفن در نفتا با جايگزينی ترکيبات بنزوتيوفن­‌های تبخير شــده، تغيير می‌کنند. در گازوئيل و باقیمانده سيســتم خلأ، گوگرد به شــکل ترکيبات بنزوتيوفن اســت. خصوصيات شــيميايی گوگــرد با حذف آن در ارتباط اســت. گوگردزدايی از ترکيبات آليفاتيک، مثل تيولهــا و ســولفيدها به مراتب ســاده­تر از گوگردزدايی ترکيبات آروماتيک مثل تيوفنيک­‌ها است.

درحال حاضر،گوگردزدايی هيدرو در ترکيب با تکنيک­‌هايی از قبيل زغال و شکســتن کاتاليتيکی سيال نفت، اصلی به کار گرفته شــده در صنعت بــرای حذف گوگرد از نفت خام اســت. اين فناوری­‌ها قادرند گوگرد را از نفت سنگين کاملا حذف کننــد. اين فناوری‌­ها که شــامل توليد هيدروژن مورد نياز برای  HDSو فرآورش­اند،دمای بالايی نياز دارند. هزينه پالايش نفت خام­های ســنگين­‌تر و دارای گوگرد بالا (از لحاظ مالی و محيط زيستی) بالاســت. بنابراين، روش­‌های جايگزين گوگردزدايی مورد توجه قرار گرفته است. معمولا گوگرد از برش­‌های سبک‌تر پالايشگاه از قبيل نفتا، فرآورده تقطير و برش‌های نفت گاز سبک خلأ مطرح می­‌شود. هدف اين نوشتار بررسی بيشتر روش‌­های مورد استفاده برای گوگردزدايی از نفت خام سنگين به طور خاص است.
همان طوری که در ادامه خواهيد ديد، یکی از روش‌­های گوگردزدايی، استخراج با مایعات یونی است.

چرا گوگرد در نفت خام باید حذف شود؟

گوگرد فراوان‌تريــن عنصر بعد از کربن و هيدروژن در نفت خام است. متوسط گوگرد در نفت خام از 03/0 درصد تا 89/7 درصد تغييــر می­‌کند. ترکيبات گوگرد به دو صورت آلی و معدنی در نفت خام وجود دارند. گوگرد معدنی، از قبيل گوگرد عنصری، ســولفيد هيدروژن و پيريت (FeS) به صورت حل نشده يا معلق در نفت خام می‌­تواند وجود داشته باشد.

منبع اصلی گوگرد را در نفــت خام ترکيبــات آلی از قبيل تيول‌­ها، ســولفيدها و تيوفنيک­‌ها تشکيل می­‌دهند. طبقه‌­بندی‌های مهم ترکيبات آلی گوگرددار در شکل زیر نشان داده شده است. نفت خام‌­های با گرانروی و چگالی بالاتر، دارای مقادير زيــادی ترکيبات گوگرددار پيچيده هستند. ســولفيدهای غيرحلقوی آليفاتيک (تيواترها) و سولفيدهای حلقوی در فرايند گوگردزدايی هيدرو يا به وسيله حرارت به آسانی حذف می‌­شوند. به عبارت ديگــر، گوگرد موجود در حلقه‌­هــای آروماتيکی (از قبيل بنزوتيوفن، دیبنزوتيوفن،بنزولوگ­‌ها و نفتوتيوفن) مقاومت بيشــتری در فرآيند گوگردزدايی هيدرو و تبديل حرارتی از خود نشان می­‌دهند. حذف گوگرد موجود در نفت خام يک مساله مهم در صنايع نفت و صنايع وابسته به آن است.

حذف گوگرد از نفت خام به دلايل ذيل انجام می‌شود:

۱.حذف گوگرد باعث کاهش يا محدود شدن خوردگی در طول عمليات پالايش، حمل و نقل و دستگاه­‌های مصرف کننده از قبيل وسايل نقليه می‌شود.

۲.حذف گوگرد باعث حذف بوی بد محصولات نفتی خواهد شد.

۳.حذف گوگرد از ســوخت‌­های سنگين باعث جلوگيری از آلودگی هوا و جلوگيری از انتشــار دی اکسيدگوگرد در محيط زيست در زمان سوختن می­‌شود. 

استخراج به‌وسيله مايعات يوني

اســتفاده از مايعات يونی برای حذف گوگرد از سوخت­‌هايی مثل سوخت ديزلی، جايگزين خوبی برای حلال­‌های آلی مرسوم اســت. در منابع مايعات يونی بر پايه ايميدازوليوم، پيريدينيوم يا کينولينيوم با آنيون­‌هايی از قبيل آلکيل ســولفات­‌ها، آلکيل فسفات­‌ها يا هالوژن­‌ها، بيشترين مايعات يونی هستند که خواص اســتخراجی دارنــد. مايعات يونی ايــده‌­آل خواصی مثل ضريــب پخش بالا برای ترکيبات گوگردي، حلاليت کمتر برای هيدروکربن‌­ها، گرانروی کمتر، تسريع در جداسازی فازها بعد از مخلوط شدن و استخراج را دارند.

متأسفانه استفاده از مايعات يونی واقعی برای اســتخراج مايع-مايع کمتــر مورد توجه قرار گرفته اســت. همچنين مايعات يونی ضريب پخش بالايی برای ترکيبات گوگردی مــدل از قبيل دیبنزوتيوفن دارند ولی در مخلوط­‌های مدل،ضريب توزيع در روش تقطير مستقيم نسبتا پايين اســت. به عبارت ديگر، مايعات يونی حلال­‌های ايده‌­آلی برای اجرای گوگردزدايی استخراجی تقطير مستقيم نيستند. در نفت سنگين موقعيت بدتر است. اگر ترکيبات آلی گوگرددار قبلا به ترکيبات سولفوکسيد و سولفون­‌ها اکسيد شده باشند، کارآيی فرايند اســتخراج با مايعات يونی افزايش مي‌­يابد زيرا ترکيبات گوگــردی اکسيد شــده دارای ضريب توزيع بالاتری هســتند.

مايعات يونی حلال­‌هايی با نقطه جوش بالا هستند و بازيابی ترکيبات گوگردی استخراج شــده از مايعات يونی در مقايسه با حلال­‌های آلی، چالش‌برانگيزتر اســت.

بعضی از روش‌­هايی که عده‌­ای پیشنهاد داده­‌اند، به شرح ذيل است:

الف) حذف مســتقيم ترکيبات گوگرددار از مايعات يونی با استفاده از تقطير انجام شود. نقطه جوش ترکيبات آلی گوگرددار سنگين­تر، مثل دیبنزوتيوفن­‌های آلکيله شــده، بالا ( ºC340) و نیازمند تقطير در خلأ است. پس اين روش برای گوگردزدايی برش‌­های نفتی سبک‌تر مناسب است.

ب) ترکيبات گوگرددار به وسيله حلالی با نقطه جوش کمتر، دوباره مي­‌توانند استخراج شوند که در اين صورت،يک مرحله جداسازی اضافی نياز است.

ج) بــا افزايش آب می‌­توان ترکيبات گوگرددار را از مايعات يونی جداسازی کرد. اگر آب کافی به سيستم اضافه شود، ضريب توزيع ترکيبات گوگرددار در مايعات يونی تقريبا تا صفر کاهش مي‌­يابد. ترکيبات گوگرددار با بعضی از هيدروکربن­‌های ســبک استخراج شده مي‌­توانند حل شوند يا فاز سومی را در آب تشکيل دهند.
ترکيبات گوگرددار حتی ممکن است رسوب کنند. قبل از بازيابی مايعات يونی، آب بايد حذف شــود. برای صرفه­‌جويی در مصــرف انرژی، فرايند تبخير چنــد مرحله­‌ای (چهار مرحله تبخير) در دماها و فشارهای مختلف پيشنهاد شده است. مصرف انرژی در تبخيــر چند مرحله­‌ای با مصرف انرژی HDS مرســوم قابل مقايسه است.
گوگردزدايی با مايعات يونی مزايای زيادی نسبت به حلال‌­های آلی دارد ولی موانعی مثل هزينه بالا و حســاس بودن بعضی از مايعات يونی نسبت به آب، از کاربرد صنعتی آنها مي­‌کاهد. هيچ گزارشی از کاربرد مايعات يونی برای گوگردزدايی از نفت سنگين وجود ندارد. استفاده از مايعات يونی برای حذف گوگرد از نفت سنگين در حال حاضر عملی نيست.

منبع: برگرفته از کتاب جامع از نفت تا گرفت؛ مسئله الکترود گرافیتی

نمایش بیشتر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *