مقدمه :
جداسازي ناخالصي هاي گازها از نقطه نظر ايمني ، كنترل خوردگي ، تنظيم تركيب استاندارد محصولات گاز و مايع ، پرهيز از تشكيل هيدرات در دماهاي پايين ، كاهش هزينه هاي تقويت فشار گاز،جلوگيري از مسموميت كاتاليزورهاي كارخانجات دريافت كننده محصولات گاز يا مايع و بالاخره حد مجاز انتشار مواد آلاينده به محيط زيست الزامي مي باشد.
برخي از ناخالصي هاي موجود در گازها عبارت است از : نيتروژن ، هيدروژن سولفوره (H2S ) ، دي اكسيد كربن ، كربن دي سولفايد ( CS2) ، هليوم ، گوگرد ، كربونيل سولفايد (COS) ، مركاپتان ها ( R-SH مانند متيل مركاپتان و اتيل مركاپتان ) ، دي آلكيل سولفايد ( R2S) و آب می باشد . معمولاً بيشتر از همه اين ناخالصي ها گازهاي CO2 و H2S در گاز طبيعي يافت مي شوند . اين گاز طبيعي را به دليل تشكيل تركيبات اسيدي با مجاورت H2S ، تركيبات گوگردي و CO2 با آب ، گاز ترش می گويند . ساير ناخالصي ها معمولاً همراه H2S و CO2 زدوده مي شوند ، مگر آنكه روش خاصي براي حذف آنها لازم باشد . نسبت H2S/CO2 در گازها متغير است و اين باعث مي شود تا روش هاي متفاوتي در شيرين سازي گاز بكار رود .
عوامل زدودن گازهاي اسيدي داراي ويژگي هاي زير مي باشد :
سرعت عمل جدا سازي
ارزانی و مقرون به صرفه بودن آن
قابليت احياي حلال مورد استفاده ، در صورتي كه از حلال استفاده شود.
موثر بودن و بازده بالا
عمليات تا حد امكان ساده باشد .
عمليات جدا سازي گازهاي اسيدي مشكلات دیگری به وجود نياورد .
مهم تر از همه آنكه قابل بازيافت باشد.
قبل از پيدايش روش هاي معمول ، براي حذف H2S و CO2 از گاز طبيعي از آهك استفاده شده و آهك مصرفي دور ريخته مي شد . در سال 1910 روش اكسيد آهن ابتدا در انگلستان و سپس در ساير نقاط رواج يافت . در 1920 روش كربنات پتاسيم بوسيله كمپاني COPPER معرفي شد .روش استفاده از آمين در سال 1930 به ثبت رسيد و در سال 1939 روش مخلوط آمين و گليكول پيشنهاد شد كه پالايش و خشك كردن گاز را يكجا انجام مي داد. در سال 1948 تجارتي كردن اين روشها به تفصيل مورد بررسي قرار گرفت.روشهاي جذب سطحي سولفينول
( SOLFINOL) در سال 1965 بوجود آمد و روش فلور و استفاده از غربالهاي مولكولي بتدريج جايگزين روش هاي قديمي گرديد. به طور كلي روش هاي پالايش گاز را مي توان در چهار گروه دسته بندي كرد :
فرآيند هاي شيرين سازي در بسترهاي جامد
فرآيندهاي شيرين سازي با استفاده از حلالهاي شيميايي
فرآيندهاي شيرين سازي با استفاده از حلالهاي فيزيكي
فرآيندهاي شيرين سازي به روش تبديل مستقيم
فرآيندهاي شيرين سازي در بستر هاي جامد :
جداسازي گازهاي اسيدي در بسترهاي جامد از طريق واكنش شيميايي يا ايجاد پيوند يوني صورت مي پذيرد . گاز ترش از ميان بستر جامد عبور نموده و گازهاي اسيدي جذب بستر مي شوند . پس از اشباع بستر از گازهاي اسيدي ، مخزن حاوي بستر جامد از مدار خارج و براي احياء آماده مي گردد. به همين منظور مخزني با ظرفيت مشابه، پس از خارج شدن مخزن اولي ، در مدار عمليات قرار مي گيرد.فرآيندهاي شيرين سازي در بستر جامد شامل موارد زير مي باشد:
فرآيند آهن اسفنجي
فرآيند غربال مولكولي
فرآيند اكسيد روي
فرآيندهاي شيرين سازي با حلال هاي شيميايي :
عمليات شيرين سازي گازهاي ترش در فرآيندهاي فوق به واسطه واكنش شيميايي محلول باز ضعيف با گازهاي اسيدي صورت مي پذيرد . نيروي محركه انتقال جرم در فرآيندهاي فوق در نتيجه تفاوت فشار جزئي بين فشارهاي فازهاي گاز و مايع پديد مي آيد . واكنش شيميايي در اين نوع فرآيند با تغيير دما و يا فشار سيستم برگشت پذير است . از اين رو حلال هاي شيميايي با تغيير پارامترهاي عملياتي ياد شده قابل احيا بوده و در داخل يك سيستم بسته به گردش در مي آيد . حلالهاي شيميايي به صورت زير دسته بندي مي شوند :
فرآيندهاي آميني
فرآيندهاي كربناتي
حلالهاي شيميايي ويژه
فرآيند آميني :
محلولهاي آمين بازهاي آلي ضعيفي هستند . آمين ها این خاصیت را دارند كه در دماي معمولي گازهاي اسيدي را به خود جذب كرده و در دماي بالاتر آنها را دفع نمايند.
آلكانول آمين ها مواد آلي نيتروژن داری مي باشند كه از تركيب مواد آلي مخصوص با آمونياك ( NH3 ) بدست مي آيند . در واكنش اصلي يكي از هيدروژنها با راديكال آزاد يك ماده شيميايي آلي تعويض مي گردد . آلكانول آلي بر اساس تعداد گروههاي آلي متصل به اتم نيتروژن طبقه بندي مي شوند :
آمين هاي نوع اول مانند مونواتانول آمين MEA و دي گلايكول آمين DGA
آمين هاي نوع دوم مانند دي اتانول آمين DEA و دي ايزوپروپانول آمين DIPA
آمين هاي نوع سوم مانند تري اتانول آمين TEA و متيل دي اتانول آمين MDEA
آمين هاي نوع اول بازهاي قوي تري نسبت به آمين هاي نوع دوم بوده و تمايل بيشتري جهت واكنش با H2S و CO2 از خود نشان داده و پيوندهاي محكم تري با گازهاي اسيدي تشكيل
مي دهند.
از اين رو ، درجه واكنش پذیري آمين مستقيماً بر طراحي و عمليات برج جذب تاثير مي گذارد . به عنوان يك قاعده كلي ، خاصيت قليايي و واكنش پذيري آمين نوع اول بيشتر از آمين نوع دوم و آمين نوع دوم بيشتر از آمين نوع سوم مي باشد.
گرماي حاصل از واكنش بين گازهاي اسيدي با آمين هاي نوع اول حدود 25 درصد بيشتر از آمين هاي نوع دوم است . همچنين درجه واكنش پذيري آمين بر بار آمين كثيف مستقيماً تاثير
مي گذارد .
از اين رو آمين هاي نوع اول ظرفيت حمل بار گازهاي اسيدي بيشتري را نسبت به آمين هاي نوع دوم دارا مي باشند.
در بسیاری از پالایشگاهها ، بعد از جدا نمودن گازهای اسیدی به خاطر بازده اقتصادی و نیز جلوگیری از آلودگی محیط زیست و خطرات ناشی از سمی بودن آنها ، گازهای اسیدی بخصوص سولفید هیدروژن را در واحدهای بازیافت گوگرد ، به روشهای مختلف فراورش نموده و گوگرد تولید می نمایند . که در این نوشتار ، روشهای مختلف بازیافت آن شرح داده خواهد شد .
مختصری در مورد گوگرد و خواص آن :
گوگرد یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن S و عدد اتمی آن 16 میباشد . گوگرد یک نافلز فراوان ، بی بو ، بی مزه و چند ظرفیتی است که بیشتر به شکل کریستالهای زرد رنگ که در کانی های سولفید و سولفات بدست می آید شناخته شده میباشد .گوگرد یک عنصر حیاتی و لازم برای تمامی موجودات زنده می باشد که مورد نیاز اسید آمینوها و پروتئین ها میباشد. این عنصر به صورت اولیه در کودها استفاده میشود ولی بصورت گسترده تر در باروت ، ملین ها ، کبریت ها و حشره کش ها بکار گرفته می شود.
خصوصیات قابل توجه :
ظاهر این نافلز به رنگ زرد کمرنگ میباشد که بسیار سبک و نرم است. این عنصر به هنگام ترکیب با هیدروژن بوی مشخصی دارد که مشابه بوی تخم مرغ فاسد شده میباشد. گوگرد با شعله آبی رنگ میسوزد و بوی عجیبی از خود ساتع میکند. گوگرد در آب حل شدنی نیست ولی در دی سولفید کربن حل میشود. حالتهای معمول اکسیداسیون این عنصر 2- و 2+ و 4+ و 6+ می باشد. گوگرد در تمام حالتهای مایع جامد و گاز شکلهای چند گانه دارد که ارتباط بین آنها هنوز کاملا درک نشده است. گوگرد کریستالی به صورت حلقه گوگردی S8 نشان داده می شود.
نیترید گوگرد پولیمری خواص فلزی دارد و این در حالی است که هیچ گونه اتم فلزی در خود ندارد . این عنصر هم چنین خواص نوری و الکتریکی غیر معمولی نیز دارد . گوگرد غیر متبلور یا پلاستیک با عمل سرد کردن سریع کریستال گوگرد حاصل می شود . مطالعات در زمینه اشعه ایکس نشان می دهد که گونه غیر متبلور و بی نظم ممکن است که 8 اتم در هر ساختار پیچشی ستاره مانند داشته باشد.
گوگرد میتواند به دو حالت کریستالی بدست آید Orthorhombic octahedral یا بلورمونو کلینیک که اولی در دماهای معمولی پایدارتر می باشد.
کاربردها :
این عنصر برای استفاده های صنعتی مانند تولید ( H2SO4 ) اسید سولفوریک ، برای باطری ها، تولید باروت و حرارت دادن لاستیک تولید می شود . گوگرد در فرایند تولید کودهای فسفاتی به عنوان ماده ضد قارچ عمل می کند. سولفات ها در کاغذهای شستشو و خشکبار نیز کاربرد دارند . همچنین گوگرد در ساخت کبریت و آتش بازی نیز بکار گرفته می شود . تیو سولفات آمونیوم یا سدیم به عنوان عامل ثابت کننده در عکاسی کاربرد دارد . سولفات منیزیم می تواند به عنوان ماده ضد خشکی و ملین که یک مکمل منیزیم گیاهی است به کار گرفته شود.
نقش بیولوژیکی :
آمینوها Cysteine, Methionine, Homocysteine و Taurine و همچنین برخی از آنزیمها حاوی گوگرد می باشند که در واقع گوگرد را به یک عنصر حیاتی برای سلولهای زنده تبدیل کرده اند. ترکیبات دی سولفیدی مانند polypeptidها ، در ساختار پروتئینی بسیار مهم می باشند. برخی از گونه های باکتری از سولفید هیدروژن بجای آب در فرایند فتوسنتز خود استفاده می کنند . گوگرد توسط گیاهان به صورت این سولفات از خاک جذب می شود. گوگرد غیر آلی یک قسمت از کلاسترهای آهن- گوگرد را تشکیل می دهد ، و گوگرد لیگاند اتصال دهنده در
CuA می باشد.
تاریخچه :
گوگرد که لاتین آن Sulpur می باشد از زمانهای باستان شناخته شده بود . این عنصر با نام Brimstone در افسار پنجگانه کتاب مقدس آمده است . هومر نیز گوگرد حشره کش را در قرن 9 قبل از میلاد ذکر کرده بود . در سال 424 قبل از میلاد قبیله Bootier دیوارهای یک شهر را با سوزاندن مخلوطی از ذغال و گوگرد سوزانیده و خراب کردند . زمانی نیز در قرن 12 در چین باروت که مخلوطی از نیترات پتاسیوم KNO3 کربن و گوگرد بود ، کشف شد. کیمیاگران اولیه برای گوگرد ، نماد مثلثی که در بالای یک خط قرار داشت در نظر گرفته بودند. این کیمیاگران از روی تجربه می دانستند که عنصر جیوه می تواند با گوگرد ترکیب شود . در اواخر دهه 1770Lavoaisier Antoine توانست مجامع علمی را متقاعد کند که گوگرد یک عنصر است نه یک ترکیب.
پیدایش :
گوگرد به صورت طبیعی در مقادیر زیاد به صورت ترکیبی با دیگر عناصر به صورت سولفید (مانند ( pyrite و سولفات مانند (Gypsum) یافت می شود و به صورت آزاد نزدیک چشمه های آب گرم و مناطق آتش فشانی و معادنی نظیر Cinnabar Galena و Sphalerite بدست می آید . این عنصر در مقادیر کم نیز از ذغال سنگ و نفت که در هنگام سوختن دی اکسید گوگرد تولید می کنند ، بدست می آید . استانداردهای سوختی بصورت فزاینده ای به گوگرد برای استخراج سوختهای فسیلی نیاز دارند . چرا که دی اکسید گوگرد با قطرات آب ترکیب شده و باعث بوجود آمدن باران اسیدی می شود . این گوگرد استخراج شده بعد از پالایش یکی از بیشترین ذخایر تولید گوگرد را به خود اختصاص می دهد. این گوگرد در ساحل US Gulf با پمپاژ آب داغ به ذخایر گوگردی باعث ذوب شدن گوگرد می شود که گوگرد ذوب شده به سطح زمین پمپ می شود. گوگرد با وجود مهمترین مشتق خود یعنی اسید سولفوریک یکی از مهمترین عناصر مواد خام صنعتی می باشد که برای هر قسمت از صنعت اهمیت بسزایی دراد . تولید اسید سولفوریک مهم ترین استفاده از گوگرد می باشد و مصرف اسید سولفوریک نیز به عنوان شاخصی برای جوامع توسعه یافته صنعتی در نظر گرفته میشود . ایالات متحده آمريكا، سالانه بیشتر از هر عنصر دیگری، اسید سولفوریک تولید می کند .
رنگهای متمایز قمر Io سیاره مشتری به دلیل وجود گونه های مختلف گوگرد به صورت گاز جامد و گداخته شده می باشد . همچنین یک منطقه تاریک در نزدیک دهانه آتش فشان Lunar مشاهده می شود که احتمالاً منبعی گوگردی می باشد . همچنین گوگرد در بسیاری از گونه های شهاب سنگ نیز وجود دارد.
هشدارها :
به هنگام کار کردن با دی سولفید کربن ، سولفید هیدروژن و دی اکسید گوگرد باید مراقب بود زیرا دی اکسید گوگرد علاوه بر اینکه کاملا سمی است (سمی تر از سیانید( با آبی که در جو وجود دارد واکنش نشان داده و باران اسیدی را بوجود می آورد . اگر غلظت این عنصر زیاد باشد بلافاصله با توقف در عمل دم و بازدم موجب مرگ می شود . گوگرد و سولفید هیدروژن به سرعت حس بویایی را از کار می اندازد و از این رو قربانیان ممکن است از وجود آن بی اطلاع باشند.
فهرست مطالب :
مقدمه
فرایندهای شیرین سازی در بسترهای جامد
فرایندهای شیرین سازی با حلالهای شیمیایی
فرایند آمینی
مختصری در مورد گوگرد و خواص آن
خصوصیات قابل توجه
کاربردها
نقش بیولوژیکی
تاریخچه
پیدایش
هشدارها
ترکیبات گوگردی
برخی از ترکیبات مهم گوگرد
ایزوتوپهای گوگرد
جدول مشخصات فیزیکی و شیمیایی گوگرد
فرایندهای مختلف بازیافت گوگرد
فرایند Perox
فرایند Gilmmarco – Vetrocoke
فرایند Ferrox
فرایند Glud
فرایند Manchester
فرایند Stretford A.D.A
فرایند Thylux
فرایند Sulferox
فرایند Lacy – Keller
فرایند Townsend
فرایند Shell Sulfolane
فرایند Freeport
فرایند Clause
روشهاي مختلف فرايند كلاوس
روش Straight Through
روش Split Flow
شرح مختصري جريان گاز اسيدي در واحدهاي بازیافت گوگرد
P.F.D واحد بازیافت گوگرد پالایشگاه گاز خانگیران
شرح عمليات در واحد بازیافت گوگرد
دمنده ( Air Blower )
K.O.D گاز اسيدي
كوره واكنش ( Reactor Furnace )
ديگ بازيافت حرارت ( W.H.B )
كواليسر ( Coalescer )
کانورتور ( Convertor)
كندانسور ( Condeser )
باز گرمكن ها ( Reheaters )
زباله سوز ( Incinerator )
مخزن گوگرد مذاب ( Sulphur Pit )
خطوط گوگرد مذاب
مشخصات گوگرد توليدي
چند پيشنهاد برای بهبود فرایند بازیافت گوگرد
تاثیر دما برسوختن هیدروکربورهای اشباع
روشهای افزایش دمای کوره واکنش
تزریق گاز سوخت
پیش گرم کردن هوا و گاز اسیدی به روش مستقیم
پیش گرم کردن هوا به روش مستقیم
افزایش درصد H2S در گاز اسیدی
افزايش ميزان اكسيژن در هواي ورودي
By Pass نمودن بخشي از گاز اسيدي
بررسي امكان جذب B.T.E.X از گازهاي اسيدي ورودي به واحدهاي بازيافت گوگرد
فرايندهاي اصلاحي براي جداسازي تركيبات BTEX
استفاده از فرايند BTEXT.rex به همراه جذب مجدد گازهاي اسيدي
جلوگیری از سولفاته شدن کاتالیستها
آناليز گازهاي خروجي از دودكش زباله سوز واحدهاي بازيافت گوگرد
منابع و مراجع استفاده شده
چكيده :
بررسي عملكرد واحد SRU در پالايشگاه گاز خانگيران
گاز استخراج شده از منابع زير زميني همواره حامل مواد زايد بسياري است. مواد زايدي چون رطوبت، شن، مركاپتانها، H2S ، CO2 و گازهاي مختلف ديگر كه اين مواد طي مراحل مختلف پالايشگاهي از گاز جدا مي شوند.
H2S و CO2 توسط آمين در برج جذب از جريان گاز جدا شده ولي بعلت خطرات زيست محيطي زياد نمي توان H2S را در اتمسفر رها كرد. لذا اين گاز سمي را در واحدي بنام [1]SRU (واحد بازيافت گوگرد) تبديل به گوگرد جامد و بي خطر مي كنند.
در اين پروژه تلاش شده است روشهاي مختلف بازيافت گوگرد با بيان مزايا و معايب آنها و روش فعلي مورد استفاده در پالايشگاه گاز خانگيران بطور كامل مورد بررسي قرار گيرد.
اطلاعات مورد استفاده در اين پروژه از منابع و كتابهاي معتبر جمع آوري شده است.