جاذب

می‌گردد. در مورد محلول های آمین، سولفید هیدروژن جدا شده باید یا سوزانده شود و یا در واحدهای گوگرد سازی موسوم به Claus تبدیل گردد. در روش شستشو با محلول­ های قلیایی، مصرف بالای مواد شیمیایی لازم و نهایتاً دفع این محلول­ ها، معضلات زیست‌محیطی را به همراه دارد.

حذف موثر گاز سولفید هیدروژن از صنایع نفت و گاز بالادست و پایین دست از اهمیت ویژه­ای برخوردار است.

شیرین سازی گاز

روند حذف H₂S به عنوان شیرین سازی گاز شناخته می شود و می توان با کمک مواد شیمیایی این عامل را کاهش یا حذف نمود. گازهایی که از منابع نفتی حاصل می شوند، عمدتا حاوی مقادیر متفاوتی سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن هستند. این گاز طبیعی به دلیل بوی بد حاصل از محتویات گوگردی آن«گاز ترش»نامیده می شود.

گاز ترش به علت محتویات گوگردی آن که می تواند برای تنفس بسیار خطرناک و سمی باشد گاز نامطلوبی بوده و به شدت باعث خوردگی می شود. علاوه بر این گوگرد موجود در گاز ترش می تواند استخراج شود و به عنوان محصول جانبی به فروش برسد.

هر مولکول از آمین ها حداقل یک گروه هیدروکسی (OH) و یک گروه آمینو (NH₂,NH) دارند.گروه هیدروکسی با بالابردن وزن مولکولی که موجب کاهش فشار بخار و افزایش حلالیت آمین در آب می گردد و آمینو قدرت بازی کافی در محلول آمین ها در آب به منظور جذب گازهای اسیدی را بوجود می آورد.

در سال ۱۹۳۰، TEA اولین آمینی بود که در شیرین سازی گاز ترش استفاده شد و در سال ۱۹۷۵، Perry و همکارانش DEA (دی اتانول آمین) را در شیرین سازی استفاده کردند و نتایج مطلوبی بدست آوردند.

مشکلات عملیاتی واحدهای آمین

• خوردگی ( درجه حرارت-فشار-بار اسیدی محلول-سرعت جریان)
• پدیده کف کنندگی
• اتلاف مواد شیمیایی (ماندگی-تبخیر-کاهش عیار آمین)
• حلالیت گازهای غیراسیدی
• واکنش های غیر قابل احیاء
• ناخالصی های بصورت ذرات جامد

روش های پیشگیری از خوردگی

• پایین نگه داشتن دما تا حد ممکن
• کاهش فشار در برج احیاء
• دور نگهداشتن اکسیژن
• فیلتراسیون مداوم و جداسازی ذرات معلق
• تزریق کاستیک به محلول آمین گردشی
• رعایت حداکثر بازه بار گازهای اسیدی در محلول آمین غنی و فعال
• اضافه نمودن مواد بازدارنده
• سرعت محلول آمین در آهن ضد زنگ بیش از ft/s3 نباشد و در stainless steel بیش از ft/s8 نباشد.
• شعاع زانویی ها زیاد باشد.
• کم بودن تغییرات در شعاع لوله ها (افزایش یا کاهش(
• افت فشار کم در ورودی پمپ ها
• NPSH مناسب برای پمپ ها

شیرین سازی بوسیله بسترهای جامد

استفاده از جامدات برای شیرین سازی گاز بر پایه جذب گازهای اسیدی بر روی سطح و یا واکنش اجزاء بر روی سطح میباشد.

استفاده از بستر جامد برای شیرین سازی گازی که دارای سولفید هیدروژن ومرکاپتان های پایین و متوسط باشند بهترین فرایند است.

این فرایندها قابلیت انتخابی داشته و در حالت معمولی مقدار زیادی دی اکسید کربن جذب نمی کنند.

Iron Oxide – Sponge

این فرایند در انگلیس در اوسط قرن ۱۹ ارائه شده و هنوز در کاربردهای مخصوصی بطور گسترده ای استفاده می شود.

در این فرایند گاز ترش در تماس با اکسید آهن قرار می گیرد که نتیجه آن تشکیل سولفید آهن است. وقتی اکسیژن (هوا) به سولفید آهن می رسد آنرا به اکسید آهن و سولفور تبدیل می کند.

کاربرد مونو دی اتانول آمین به منظور حذف گاز H₂S : محلول MDEA  مونو دی اتانول آمین براي حذف انتخاب پذیرH₂S  استفاده میشود. فرایند جذب گازهاي اسیدي توسط آمین، مجموعه ­اي از واکنش هاي شیمیایی به صورت زیر است.

H S + Amine Û Amine H⁺ + HS^– + q

CO₂ + H₂O + Amine Û Amine COOH⁺ + OH^– + q

کاربرد جاذب سولفید هیدروژن

جاذب­ های سولفید هیدروژن به منظور دستیابی به اهداف زیر کاربرد دارد:

• حذف H₂S از جریان گاز
• حذف H₂S از مایعات هیدروکربنی ترش
• کاهش H₂S در فضای بخار مخزن مایع ترش

حذف هیدروژن سولفید زمانی که حضور باکتری ها و مواد ارگانیک منجر به تولید این گاز مضر می شود، لازم و ضروری است. گاز هیدروژن سولفید را با نام های مختلفی نظیر دی هیدروژن سولفاید، سولفور هیدروژن سولفورات، هیدروسولفوریک، گاز ترش و هپاتیک اسید می شناسند. که این گاز می تواند باعث اختلال تنفسی و در غلظت های خاصی منجر به مرگ شود. همچنین حضور این ترکیب می تواند کارایی کلی سیستم و قابلیت اطمینان عملیاتی را کاهش دهد زیرا گازی خورنده است و می تواند منجر به تشکیل سولفید آهن شود.

باکتری گوگرد، مهمترین عامل تولید گاز سولفید هیدروژن است، که از گوگرد تغذیه و آن را به سولفید هیدروژن تبدیل می کند. در واقع باکتری گوگرد یک عامل تولید هست و این در حالی است که خود سولفید هیدروژن نیز گاهی ممکن است به طور طبیعی در آب های زیرزمینی و یا نفت خام وجود داشته باشد. در این صورت، فاسد شدن مواد گیاهی و تجزیه آن ها، دلیل تولید گاز سولفید هیدروژن در آب های زیرزمینی است.

بنابراین، گاز سولفید هیدروژن می تواند در نفت استخراج شده یا آب خروجی بسیاری از چاه های عمیق نیز، وجود داشته باشد. این باکتری به خصوص در مناطقی که کمبود اکسیژن است، همانند چاه های عمیق آب، سیستم های لوله کشی انتقال آب، دستگاه های سختی گیر آب، تولید شده و رشد می کند. اصولا باکتری ها در محیط گرم سریع تر رشد می کنند. برای مثال یکی از مکان های گرم برای تجمع گاز سولفید هیدروژن، آبگرمکن می باشد که ممکن است بوی بدی از آن ناشی شود.

سولفید هیدروژن به طور طبیعی در نفت خام، مخازن گاز طبیعی و گازهای آتشنشانی وجود داشته و در مخازن، در نتیجه کاهش باکتریایی سولفات به وسیله باکتری های کاهنده سولفات (SBR) تولید می شود. این گاز به عنوان  یکی از خطرناک ترین آلاینده ها ی نفت و گاز محسوب می شود. با فلزات ، پلاستیک و لاستیک واکنش نشان داده و به عنوان گازی به شدت خورنده  برای فلزات شناخته شده است. باعث ایجاد پدیده ای به عنوان ترک تحت تنش ناشی از سولفید (اگر حضور سولفید هیدروژن سبب ورود هیدروژن به فلز شود فرآیند ایجاد ترک در این حالت، ترک تحت تنش ناشی از سولفید (SSC) نامیده می شود) در لوله های حفاری و دیگر خطوط لوله می گردد. از این جهت زدایش سولفید هیدروژن یا شیرین سازی گاز در هردو بخش بالادستی و پایین دستی صنایع نفت و گازو پتروشیمی امری ضروری می باشد.

میزان سولفید هیدروژن در نفت خام خروجی بایستی کمتر از 15ppm باشد، در این راستا روش های مختلفی جهت حذف H₂S در نفت خام استفاده می شود. بهترین راهکار به عواملی مانند غلظت سولفید هیدروژن، زمان اقامت، ملاحظات وزنی، هزینه های عملیاتی و سرمایه گذاری و حجم گاز مورد نظر برای آمایش بستگی دارد. یکی از راه های شیمیایی حذف سولفید هیدروژن استفاده از زداینده ها می باشد.

به طور کلی جاذب ها برای جلوگیری از خوردگی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی کاربرد دارند. جاذب سولفید هیدروژن با حذف سولفید هیدروژن و دیگر ناخالصی های موجود، از ایجاد خوردگی در بویلرها و مخازن آب جلوگیری می کنند. جاذب ها بسته به نوع خود به طور انتخابی با ناخالصی هایی مانندH₂S ، O₂، پراکسید و کربونیل واکنش می دهند و آن ها را حذف می کنند.

انواع مواد حذف کننده سولفید هیدروژن

مواد حذف کننده سولفید هیدروژن به انواع مختلفی تقسیم ­بندی می­شود که عمده ­ترین آن شامل موارد زیر است:

• زداینده جامد (مواد روی یا آهن)
• اکسیدهای فلزی
• بسترهای جامد احیاء پذیر
• جاذب های مایع
• جاذب های سولفید هیدروژن احیا پذیر
• جاذب های سولفید هیدروژن احیا ناپذیر
• جاذب های بیولوژیکی

جاذب های جامد

جاذب های جامد در دفع سولفید هیدروژن از جریان گاز و کاهش آن به کمترین سطح بسیار موثر هستند.  سرمایه گذاری در این ایجاد یک واحد پالایشگاهی بسیار بالا بوده و غالبا در زمان تغییر پروسه، در مقایسه با هزینه های خرید و نگهداری و استهلاک تجهیزات،  بخش زیادی از هزینه ها به نیروی انسانی نسبت داده می شود. با این حال، جاذب های جامد هزینه های عملیاتی پایینی دارند، نرخ حذف آنها قابل پیش بینی بوده، به مواد شیمیایی اضافه نیازی ندارند و معمولا جریان های پایین دستی را تحت تاثیر قرار نمی دهند. در واقع شامل توده های جامد مانند (به طور کلی مواد روی یا آهن) می باشند.

اکسیدهای فلزی

این سیستم شامل یک بستر پرشده با اکسیدهای فلزی شبیه به روی، مس، آهن یا منگنز می باشد. در واقع اکسید کننده های فلزی شامل: کلر، دی اکسيد کلر، هيپوکلريت، پراکسيد هيدروژن، مواد شیمیایی حاوی روی، اکسيد روی، روی کربنات، کربنات بازی روی و تيوسولفات می شوند. که از این میان اکسید روی در حذف سولفید هیدروژن به علت داشتن ثابت تعادل بالا، از جایگاه ویژه ای برخوردار است. بستر مذکوراحیاء ناپذیر بوده و نیاز به صرف زمان و نیروی انسانی برای تعویض با محیط جدید را دارد. فضای محدود ورودی و فاضلاب های آتش زا، خطرات عملیاتی ناخواسته ای را در این سیستم ها ایجاد می کنند. استفاده از منیزیم به عنوان آند برای محافظت از خوردگی در آبگرمکن ها می تواند باعث جلوگیری از تبدیل سولفات به سولفید هیدروژن شود و همچنین از بوی ناخوشایند حاصل از این گاز جلوگیری کند. لازم است بدانیم که ازن نیز یک ماده اکسید کننده محسوب می شود که شبیه اکسید های فلزی عمل کرده و سولفید هیدروژن را حذف می کند.

بسترهای جامد احیاء پذیر

بسترهای جامد احیاپذیر، که به عنوان غربال مولکولی نیز شناخته می شوند، سولفید هیدروژن را با استفاده از جذب به جای واکنش شیمیایی حذف می کنند. آنها متشکل از پلیمرهای کریستالی آلومینوسیلیکات (زئولیت ها) می باشند که ترکیبات قطبی را دفع می کند. غربال های مولکولی علاوه بر حذف سولفید هیدروژن، دی اکسید کربن، آب، متانول، مرکاپتان ها و سولفیدها، آمونیاک، جیوه و آروماتیک ها را در حد ردیابی یا نشانه حذف می کنند. زئولیت ها می توانند با استفاده از جریان گازی احیا شوند و در مرحله بعد این جریان گاز برای حذف ذرات گوگرد فرآوری می شوند. که این مسئله، از آنجاییکه با جریان گازی غنی از سولفید هیدروژن روبرو هستیم، می تواند مشکل ساز باشد. اندازه بزرگ مخزن، ظرفیت محدود، و نیاز به فرآیند موازی برای احیا در طول سرویس می تواند هزینه های سرمایه گذاری را افزایش دهد. علاوه براین، برخورد با فاضلاب های گوگردی مسائل بالقوه ای را نیز در زمینه  هزینه های عملیاتی به دنبال خواهد داشت.

جاذب های مایع

جاذب های مایع نسبت به جاذب های جامد، فضا و وزن کمتری را می گیرند، اما به مراتب کمتر کارآمد هستند. هزینه های عمیاتی نسبت به جاذب های جامد افزایش می یابد، اما جاذب های مایع گزینه های بیشتری برای تکمیل امکانات موجود ارائه میدهند. جاذب ها برحسب نوع ساختار و مکانیسم های حذف سولفید هیدروژن به دو دسته کلی احیا ناپذیر و احیا پذیر تقسیم می شوند.

جاذب هیدروژن سولفید احیا پذیر

در بسیاری از فرآیندهای تولید، راه حل اقتصادی برای حذف سولفید هیدروژن در جریان فرآیند گاز نصب یک سیستم احیا کننده برای آمایش گاز ترش می باشد. استفاده از آمین ها معمولترین روش شیرین سازی گاز می باشد. گاز ترش از ستون پر شده با محلول آمین عبور می کند. آمین با سولفید هیدروژن برای تشکیل  نمک های اسید/باز در یک واکنش کاملا برگشت پذیر سریعا واکنش می دهد، اما ممکن است که دی اکسیدکربن نیز با آمین واکنش دهد. محلول آمین مصرف شده برای گرمایش و کاهش فشار به منظور آزادسازی گازهای اسیدی و تولید آمین تازه به ستون احیا فرستاده می شود. آمین تازه یا احیا شده دوباره به ستون برگشت داده می شود. این فرایند در درجه اول، برای حذف مقادیر زیادی از سولفید هیدروژن، یا در جریان های گازی با حجم بالا مورد استفاده قرار می گیرند.

سولفید هیدروژن جدا شده (گاز اسیدی حاصل از احیا آمین) در واحد بازیافت گوگرد از نوع کلاوس فرآوری می شود. انواع مختلفی از آمین ها می توانند بسته به مشخصات گاز ترش به عنوان جاذب مورد استفاده قرار گیرند. در زیر به تعدادی از آمین هایی که به طور معمول مورد استفاده قرار می گیرند اشاره شده است:

• مونو اتانول آمین (MEA)
• دی اتانول آمین (DEA)
• دی ایزو پروپیل آمین

جدیدترین آمین های مورد استفاده در فرآیند شیرین سازی گاز آمین های بر پایه MDEA هستند که معمولا تنها سولفید هیدروژن را جذب می کنند. مونواتانول آمین ودی اتانول آمین علاوه بر H₂S دیگر گازهای اسیدی،  همانند CO₂ را جذب می کنند.

زداینده های سولفید هیدروژن احیا ناپذیر

تری آزین معمولترین حذف کننده اکسیژن مایع احیا ناپذیر می باشد که در صنعت استفاده می شود. محصولات جانبی واکنش تجزیه پذیر بوده و می توانند به آبهای زیر زمینی دفع شوند. تری آزین واکنش نداده به شدت برای آبزیان سمی بوده و با انجام تصفیه مجدد بایستی تا حد امکان مقدار آن کاهش داده شود. محصولات واکنش در فاز آبی یا نفتی، انحلال پذیر است. در آبهای با مقدار کلسیم بالا، تری آزین به دلیل افزایش pH سیستم منجر به ایجاد رسوب کربنات می شود.

• زداینده های جامد ( معمولا بر پایه روی یا آهن)
• مواد شیمیایی اکسنده (NaClO₂)، NaBrO₃، NaNO₂
• آلدهیدها

معمولترین آلدهید مورداستفاده فرمالدهید می باشد؛ جایگزین ها شامل گلی اکسال، آکرولئین، و گلو تراآلدهید می باشد. به طور کلی، آلدهیدها به دلیل سمی بودن، پتانسیل ایجاد محیط های انفجاری، و سرطان زایی مورد استفاده قرار نمی گیرند. گلی اکسال اثرات زیست محیطی کمتری نسبت به دیگر آلدهیدها دارد، و در محیط های خنثی، اسیدی و بازی قابل استفاده می باشد. گلی اکسال احتمال تشکیل رسوب را افزایش نمی دهد اما زمان واکنش آنها نسبت به تری آزین بسیار کندتربوده و به عنوان عامل تشکیل هیدرات نیز شناخته شده است.

کربوکسیلات های فلزی و کی لیت ها

کیلیت های فلزی با ظرفیت بالا انحلال پذیر در آب یا نفت به عنوان زداینده سولفید هیدروژن برای اصلاح سیالات حفاری و آب های آلوده و جریان های نفتی مورد استفاده قرار می گیرند.

جاذب های بیولوژیکی

فرآیندهای بیولوژیکی به گونه گزینش پذیر سولفید هیدروژن را با استفاده از تنفس باکتریایی به مرکاپتان ها یا گوگرد و سولفات تبدیل می کنند.محدوده دمای عملیاتی به سبب طبیعت بیولوژیکی فرآیند بسیار محدود می باشد.

با وجود روش های متعددی برای حذف سولفید هیدروژن و با توجه به معایب و مزایای هر روش در حال حاضر مرسوم ترین روش در صنعت برای جداسازی گازهای اسیدی از جمله سولفید هیدروژن جذب توسط محلول های آمین می باشد.

شرکت شیمیایی تصفیه با به کارگیری کادری مجرب در تیم تحقیقاتی خود توانسته انواع H₂S scavenger را با کارایی بالا تهیه نماید. محصولات Tachem 3040 و Tachem 3045 به منظور موثر گاز H₂S طراحی و فرموله شده است. یکی از مهمترین ویژگی H₂S scavenger طراحی شده در شرکت شیمیایی تصفیه، سازگاری این محصول با سایر مواد شیمیایی به کار رفته در میادین نفت و گاز مانند مواد ضدخوردگی، دمولسیفایرها و …. است.

مزایای عمده استفاده از محصولات H₂S scavenger طراحی شده توسط شرکت شیمیایی تصفیه شامل موارد زیر است:

• شروع یک واکنش سریع و برگشت­ ناپذیر به منظور حذف H₂S بدون تاثیر برکیفیت نفت، گاز و سوخت
• بهبود ایمنی اشخاص
• کاهش پتانسیل خوردگی در تهیزات و خطوط لوله
• حفظ یکپارچگی و کاهش هزینه تجهیزات، نگهداری و جایگزینی
• ضمانت مشخصات نفت
• بهبود کیفیت تولید