چگونه مسائل H₂S بالا را با استفاده از دفع‌کننده مؤثر مرکاپتان H2S حل کنیم؟

چرا روش‌های متداول حذف H2S در برابر مرکاپتان‌ها شکست می‌خورند

رفتار شیمیایی متفاوت: H2S در مقابل مرکاپتان‌ها در جریان‌های هیدروکربنی

سولفید هیدروژن (H2S) مانند یک اسید قوی عمل می‌کند و تمایل دارد به راحتی تجزیه شود، به همین دلیل بازدارنده‌های متداولی مانند تریازین‌ها می‌توانند آن را به سرعت خنثی کنند. مرکاپتان‌ها (RSH) متفاوت هستند، زیرا بخش هیدروکربنی (گروه R) دارند که در واقع اسیدیته آن‌ها را کاهش می‌دهد و در عین حال آب‌گریزی آن‌ها را افزایش می‌دهد. این بدین معناست که در فرآیندهای معمول تصفیه به خوبی واکنش نمی‌دهند. هرچه زنجیر کربنی مولکول‌های مرکاپتان بلندتر شود، خواص اسید ضعیف آن‌ها ضعیف‌تر می‌شود، بنابراین در مواجهه با روش‌های شست‌وشوی قلیایی یا اکسیداسیون به درستی تفکیک نمی‌شوند. برخلاف H2S که سولفیدهای محلول ایجاد می‌کند، مرکاپتان‌ها ترکیبات فلزی مقاومی تشکیل می‌دهند که در تجهیزات باقی می‌مانند و در تمام سیستم مشکلاتی ایجاد می‌کنند. به دلیل این تفاوت‌های بنیادی در شیمی، حذف صرف H2S هیچ تأثیری بر مرکاپتان‌ها ندارد. صنایع برای کنترل کامل تمام ترکیبات گوگردی موجود به بازدارنده‌های تخصصی نیاز دارند.

ریسک‌های سلامت، ایمنی و خوردگی منحصربه‌فرد ناشی از مرکاپتان‌ها علیرغم غلظت پایین

مرکاپتان‌ها حتی در غلظت‌های بسیار کم که به صورت قسمت در میلیون اندازه‌گیری می‌شوند، خطرات جدی ایجاد می‌کنند. هنگامی که فردی این ترکیبات را به سرعت استنشاق می‌کند، ممکن است بلافاصله تحریک چشم، پوست و مجاری تنفسی را تجربه کند. در سطوح بالاتر قرار گرفتن در معرض، علائم تشدید شده و شامل سردرد، سرگیجه و مشکلات تنفسی بالقوه خطرناک می‌شود. چیزی که وضعیت را بدتر می‌کند، واکنش شیمیایی مرکاپتان‌ها با فلزات برای تشکیل رسوبات سولفیدی مقاوم است. این رسوبات فرآیند خوردگی درون لوله‌ها و مخازن ذخیره‌سازی را تسریع می‌کنند، به‌ویژه زمانی که رطوبت یا اسیدیته وجود داشته باشد. این امر منجر به افزایش احتمال خرابی تجهیزات، ریزش‌های ناخواسته و توقف‌های غیرمنتظره کارخانه می‌شود. نگرانی دیگری که باید به آن توجه کرد، بوی بسیار نامطبوع آن‌هاست که در واقع باعث می‌شود کارگران نتوانند فقط با استفاده از حس بویایی خود آن‌ها را تشخیص دهند. از آنجا که این بو بدون توجه به سطح غلظت ثابت می‌ماند، افراد قادر نیستند خطر واقعی را از طریق حس بویایی خود ارزیابی کنند. با توجه به تمام این مسائل مربوط به سلامت، خطرات ایمنی و مشکلات زیرساختی، اتکای صرف به روش‌های کنترل هیدروژن سولفید دیگر کافی نیست. متخصصان صنعت به طور فزاینده‌ای توصیه می‌کنند که مدیریت سنتی H2S را با مواد حذف‌کننده تخصصی طراحی‌شده به‌طور خاص برای مرکاپتان‌ها ترکیب کنند تا حفاظت کامل در تمام جنبه‌ها حاصل شود.

چگونه یک حذف‌کننده مرکاپتان H2S کار می‌کند: شیمی، گزینش‌پذیری و بازده واکنش

مؤثر جذب‌کننده H2S و مرکاپتان سیستم‌ها از شیمی‌های تخصصی طراحی‌شده برای اتصال غیرمعکوس به هر دو نوع گونه گوگردی در جریان هیدروکربنی استفاده می‌کنند. برخلاف جاذب‌های فیزیکی، این فرمولاسیون‌ها واکنش‌های کووالان یا یونی را ایجاد می‌کنند که بطور دائم آلاینده‌ها را در خود قفل می‌کنند و آنها را از فاز محصول حذف می‌کنند، نه اینکه صرفاً آنها را به محیط دیگری منتقل کنند.

تریازین‌ها و اکسازولیدین‌ها: مکانیسم‌های واکنش و استوکیومتری اتصال به گوگرد

ضد عفونی‌کننده‌های مبتنی بر تریازین با واکنش با سولفید هیدروژن از طریق آنچه واکنش‌های افزایش نوکلئوفیلی نامیده می‌شود، عمل می‌کنند. این فرآیند منجر به تشکیل جامدات پایدار تیادیازین می‌شود که در آب حل می‌شوند. در شرایط مناسب pH و زمان‌های تماس مناسب، این واکنش‌ها به راندمان تقریباً یک به یک مولی دست می‌یابند. در مورد برخورد با مرکاپتان‌ها، اکسازولیدین‌ها رویکردی متفاوت دارند. آن‌ها پیوندهای کووالانسی خاصی را دقیقاً در محل‌های کربونیل تشکیل می‌دهند که منجر به تولید محصولات نمک آمین غیرفرار می‌شود. چیزی که این موضوع را جالب می‌کند، تمایل هر ترکیب به انتخابگری بالاست. تریازین‌ها حتی در حضور سایر ترکیبات گوگردی نیز به شدت به سمت مولکول‌های سولفید هیدروژن حرکت می‌کنند. در همین حال، اکسازولیدین‌ها تمایل خاصی به مرکاپتان‌های با زنجیره بلندتر دارند که از سه اتم کربن به بالا شروع می‌شوند. آزمایش‌های واقعی چیز قابل توجهی را نیز تأیید کرده‌اند. نسخه‌های جدید اکسازولیدین در عمل به گونه‌ای است که در واقع بیش از نود و هشت درصد از آن مرکاپتان‌های سنگین‌تر را تنها ده دقیقه پس از تماس با آن‌ها در عملیات میدانی جذب می‌کنند.

به حداقل رساندن فرآورده‌های جانبی خطرناک در عین حداکثر کردن ظرفیت واکنش‌دهی برای هر دو ماده H2S و مرکاپتان

بهترین دستگاه‌های جمع‌آوری دوکاره، به گونه‌ای عمل می‌کنند که از مسیرهای واکنشی که منجر به تشکیل گوگرد عنصری یا دی‌سولفیدها می‌شود، دوری می‌کنند؛ این ترکیبات بعنوان محصولات جانبی، در واقع باعث پایدار شدن امولسیون‌ها شده و بعداً جداسازی مواد را سخت‌تر می‌کنند. به جای آن، این دستگاه‌های جمع‌آوری با استفاده از فرآیندهای انتقال پروتون همراه با واکنش‌های کندانساسیون، پلیمرهای جامد بی‌اثری تولید می‌کنند که به راحتی قابل فیلتر کردن هستند. سیستم همچنین شامل مؤلفه‌های تعادل‌دهنده pH داخلی و کاتالیزورهای خاصی است که سرعت فرآیند را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهند. این ترکیب، حذف H2S را بسیار سریع‌تر می‌کند و به ماده اجازه می‌دهد در چندین چرخه تماس متوالی، بدون از دست دادن کارایی، بارها با مرکاپتان‌ها پیوند ببندد. آزمایش‌های واقعی نشان می‌دهد که این سیستم‌های دو عملکردی، ۴۰ تا ۶۰ درصد گوگرد کلی بیشتری را نسبت به رویکردهای سنتی تک‌شیمیایی حذف می‌کنند. علاوه بر این، مزیت بزرگ دیگری نیز وجود دارد: داده‌های میدانی مستقل نشان می‌دهند که این سیستم‌ها حجم پسماندهای خطرناک را بیش از ۵۰ درصد کاهش می‌دهند.

انتخاب جاذب مناسب برای H2S و مرکاپتان: گزینه‌های بازیابی‌شونده در مقابل گزینه‌های غیربازیابی

مزایا و معایب عملیاتی: سرمایه‌گذاری اولیه، هزینه‌های عملیاتی، دفع پسماند و ظرفیت تصفیه

هنگام تصمیم‌گیری بین جاذب‌های بازیابی‌شونده و غیربازیابی H2S مرکاپتان، اپراتورهای نصب باید چندین جنبه عملیاتی مرتبط را در نظر بگیرند. سیستم‌های بازیابی‌شونده در ابتدا هزینه بیشتری دارند زیرا به تجهیزات اضافی مانند ستون‌های بازیابی، مبدلهای حرارتی و واحدهای بازیابی حلال نیاز دارند. با این حال، این سیستم‌ها در طول زمان پول صرفه‌جویی می‌کنند، زیرا مواد شیمیایی قابل استفاده مجدد هستند و نیاز به خرید مداوم مواد جدید از بین می‌رود. این نوع سیستم‌ها در تأسیساتی که حجم زیادی گاز را به طور مداوم پردازش می‌کنند، به خوبی کار می‌کنند، جایی که جریان پایدار از نظر مالی علیرغم هزینه اولیه، منطقی است. از سوی دیگر، گزینه‌های غیربازیابی به سرعت نصب می‌شوند و هزینه اولیه کمی دارند، اما شرکت‌ها در نهایت مجبور به هزینه‌های مداوم برای مواد شیمیایی تازه و مشکلات دفع پسماندهای خطرناک مطابق با مقررات هستند. نکته واقعاً مهم این است که فناوری بازیابی‌شونده مصرف مواد شیمیایی را هر سال حدود ۷۰ درصد کاهش می‌دهد و پسماندها را حداقل ۸۵ درصد کم می‌کند. بنابراین هنگام اتخاذ این تصمیم، مدیران تأسیسات نباید فقط به هزینه فعلی توجه کنند. آن‌ها همچنین باید به ثبات جریان گاز، آسانی مدیریت محصولات پسماند و هرگونه الزام قانونی که باید رعایت کنند فکر کنند، به ویژه با توجه به اینکه برخی از مرکاپتان‌ها هنگام تلاش برای دفع قانونی آن‌ها از محل، مشکلاتی ایجاد می‌کنند.

بخش سوالات متداول

سوال ۱: تیول‌ها در جریان‌های هیدروکربنی چه چیزی را از H2S متمایز می‌کند؟
پاسخ ۱: تیول‌ها دارای بخش هیدروکربنی هستند که باعث کاهش اسیدیته و افزایش خاصیت آب‌گریزی آن‌ها می‌شود، برخلاف H2S که مانند یک اسید قوی عمل می‌کند. این تفاوت باعث می‌شود تیول‌ها به فرآیندهای متداول تصفیه پاسخ مناسبی ندهند و نیازمند عوامل حذف‌کننده تخصصی باشند.

سوال ۲: چرا تیول‌ها حتی در غلظت‌های پایین نیز مسئله‌ای برای سلامتی محسوب می‌شوند؟
پاسخ ۲: تیول‌ها حتی در غلظت‌های بسیار پایین نیز می‌توانند باعث تحریک چشم، پوست و مجاری تنفسی شوند. همچنین بوی نامطبوع و ماندگاری دارند که تشخیص خطر تنها از طریق بو را دشوار می‌کند.

سوال ۳: عوامل حذف‌کننده تیول و H2S چگونه کار می‌کنند؟
پاسخ ۳: این عوامل حذف‌کننده از شیمی‌های تخصصی برای اتصال به هر دو گونه گوگردی در جریان استفاده می‌کنند. آن‌ها واکنش‌های کووالانی یا یونی را انجام می‌دهند تا آلاینده‌ها به‌طور دائم از محیط خارج شوند، برخلاف جاذب‌های فیزیکی که صرفاً آن‌ها را به محیط دیگری منتقل می‌کنند.

سوال ۴: مزایای عوامل حذف‌کننده تیول و H2S قابل‌регنراتیو چیست؟
A4: اگرچه سیستم‌های بازیابی هزینه اولیه بیشتری به دلیل تجهیزات اضافی دارند، اما در طول زمان صرفه‌جویی می‌کنند، زیرا امکان استفاده مجدد از مواد شیمیایی را فراهم می‌آورند، مصرف مواد شیمیایی را حدود ۷۰٪ کاهش می‌دهند و ضایعات را حداقل ۸۵٪ کاهش می‌دهند.