H2S Mercaptan Giderici Nasıl Seçilir?

Hidrokarbon Sistemlerinde H2S ve Mercaptanların Anlaşılması

Ham Petrol ve Doğal Gazda H2S ve Mercaptanların Bulunması

Hidrojen sülfür (H2S) ve çeşitli merkaptanlar, tüm ham petrol yataklarının yaklaşık %78'inde ve doğal gaz sahalarının yaklaşık %65'inde doğal olarak bulunabilir. Bu bileşikler, mikroorganizmalar organik maddeleri parçaladığında ya da ısı moleküler bağları kıran süreçlerde oluşur. Kükürt içeren bu kimyasallar hidrokarbon akışlarına kolayca karışma eğilimindedir. Ekşi ham petrollerde H2S seviyeleri sıklıkla 50 ppm'nin üzerinde olur ki bu da onları rafineriler için özellikle sorunlu hale getirir. Merkaptanlar ise kimya derslerimizde sıkça bahsettiğimiz karakteristik tiyol gruplarına sahiptir. Miktarları, çoğunlukla altında bulundukları kaya formasyonlarının türüne bağlı olarak yaklaşık 10 ile 200 ppm arasında değişebilir.

H2S ve Merkaptan Gidericilerin Toksikliği, Koku ve Korozyon Riskleri

Hidrojen sülfüre maruz kalınması, yalnızca 100 ppm (milyonda parça) konsantrasyon düzeyinde bile ölümcül olabilir. Tiyoller ise tamamen farklı bir hikâyedir, ancak yine de oldukça güçlü maddelerdir. Onları yaklaşık 10 ppb (milyarda parça) seviyesinde bile koklayabiliriz ve bu, tüm bir olimpik yüzme havuzunda tek bir damla sıvıyı bulmak kadar hassas bir duyuya karşılık gelir. Bu bileşikler aynı zamanda boru hattı malzemelerini de ciddi şekilde aşındırır. Asit oluşumu nedeniyle korozyon süreçlerini %20 ila %40 arasında hızlandırırlar ve bu da orta kesimdeki operatörler için ciddi sorunlara yol açar. Geçen yıl Ponemon'ın yaptığı araştırmaya göre, bu operatörler yılda yaklaşık 740 bin dolar harcıyorlar sadece beklenmedik bakım sorunlarını gidermek için. Son güvenlik araştırmaları ayrıca şirketlerin H2S'yi uygun şekilde yönetmemesi durumunda çalışanların sahada önemli ölçüde artmış risklerle karşı karşıya kaldığını gösteriyor. Tatlı ham petrole kıyasla çalışma koşullarına göre tehlike seviyesi sekiz katına çıkar.

Sonraki İşleme ve Ürün Kalitesi Üzerindeki Etkisi

İşleme sırasında H2S uygun şekilde giderilmediğinde, normal aşınma ve yıpranmaya kıyasla yüzde 30 ila 50 daha hızlı bir oranda rafineri katalizörlerini aşındırır ve bu da sistemlerimizden elde edebileceğimiz verimi ciddi şekilde düşürür. Ayrıca, son ürün yakıtlarında mercaptanların yer alması sorunu da vardır. Bu bileşikler oktan değerini yaklaşık 2 ila 3 puan düşürür ve kükürt içeriği sınırlarıyla ilgili EPA düzenlemelerine aykırı hâle gelir; özellikle 15 ppm (milyonda 15 parça) eşiği, ciddi cezalar olmadan aşılamaz. Petrokimya üretim alanlarında ise tüm bu istenmeyen kirleticiler polimerleşme süreçlerinde de sorunlara neden olur. Olay oldukça basittir: polimerleşme sırasında planlandığı gibi gitmeyen şeyler olduğunda, her yıl önemli ölçüde artan sayıda spesifikasyon dışı ürün elde ederiz. Sektör raporları, bu sorunlarla uğraşan Kuzey Amerika'daki çoğu tesiste bu tür sorunlu çıktıların yüzde 12 ile 18 arasında artış gösterdiğini belirtmektedir.

H2S Mercaptan Giderici Teknolojilerinin Türleri ve Mekanizmaları

Triazin Bazlı H2S Mercaptan Giderici: Mekanizma ve Verimlilik

Triazin bazlı formülasyonlar, nükleofilik eklenme reaksiyonları yoluyla hidrojen sülfür moleküllerini bağlayarak tehlikeli H2S gazını kolayca buharlaşmayan kararlı tritiyan bileşiklerine dönüştürür. Sahada yapılan testler, sıcaklıklar 93 santigrat derece (200 fahrenheit) altında kaldığında bu kimyasal gidericilerin gaz akışından yaklaşık %95 oranında hidrojen sülfürü uzaklaştırabildiğini göstermiştir. Bu da onları H2S kontrolünün kritik olduğu doğalgaz işleme tesisleri ve petrol rafinerilerinde özellikle faydalı hale getirir. Sektör testleri, mevcut amin tedavi sistemleriyle uyum sorunu yaratmadan iyi bir şekilde çalışabildikleri göz önünde bulundurulduğunda, mercaptan konsantrasyonlarını milyonda 10 ila 15 parça aralığına düşürdüklerini doğrulamıştır.

Triazin Dışı Alternatifler: Oksidasyon ve Emme Yolları

Metal bazlı temizleyiciler ve nitro bileşikler içerenler, hidrojen sülfürü (H2S) elementel kükürte veya sülfat yan ürünlerine dönüştüren redoks reaksiyonları yoluyla çalışır. Örnek olarak demir oksit peletleri alın; bunlar kimyasal adsorpsiyon süreçleri aracılığıyla asitli ham petrol hatlarındaki H2S'nin yaklaşık %80 ila %90'ını uzaklaştırabilir. Bu malzemeler, pH ile ilgili sorunlara sahip olmamaları ve sıcaklıklar 150 derece Celsius'un üzerine çıktığında bile iyi çalışmaları nedeniyle geleneksel triazin kimyasına göre avantajlara sahiptir. Sorun, operatörlerin ekipman yüzeylerinde demir sülfür ölçeklenmesi sorunlarını önlemek için oksijen ve H2S seviyeleri arasında dengenin tam olarak sağlanması gerektiğidir.

Suda Çözünen ve Yağda Çözünen H2S ve Tiyol Temizleyici Formülasyonları

Su arıtma süreçlerinde, MEA triazin gibi suda çözünen saflaştırıcılar yaygın olarak kullanılır çünkü su bazlı çözeltilerde hızlıca yayılırlar. Örneğin, petrol operasyonlarından elde edilen üretim sularının arıtılmasında oldukça etkilidirler. Diğer yandan, alkilli aminlerle üretilen yağda çözünen versiyonlar özellikle hidrokarbonların yoğun olduğu ya da kalın ham petrolün bulunduğu ortamlarda hidrojen sülfürü hedef alır. Geçen yıl yapılan son araştırmalar, bu yağda çözünen sistemler hakkında ilginç bir şey ortaya koymuştur. Zorlu yüksek TAN'lı ham petrol durumlarında hidrojen sülfür seviyelerini yaklaşık %92 oranında düşürmeyi başarmışlardır. Daha da önemlisi, özellikle çok yoğun akışkanlarla çalışırken su bazlı rakiplerini yaklaşık %18 oranında geçmeleri, pratik uygulamalarda büyük fark yaratmaktadır.

Geri Dönüşümlü ve Geri Dönüşümsüz Saflaştırıcılar: Uzun Vadeli Operasyonel Etki

Çinko oksit tutucular, değiştirilmeden önce yaklaşık beş ila yedi kez tekrar kullanılabilen yenilenebilir teknoloji kategorisine girer ve tek kullanımlık triazin seçeneklerine kıyasla kimyasal maliyetleri yaklaşık yüzde 40 oranında düşürür. Asıl mesele, çoğu yüksek hacimli sistemin hâlâ öngörülebilir şekilde çalıştıkları ve uygulamada kurulmalarının daha kolay olması nedeniyle yenilenemeyen gidericileri tercih etmesidir. Sektör raporlarına göre, bu geleneksel sistemler işleme tesislerinde gaz akışlarından neredeyse tüm hidrojen sülfürü uzaklaştırarak %99,9'luk bir verimlilik seviyesini tutarlı bir şekilde sağlar. Ancak burada bir denge vardır; çok sayıda tesiste, yenilenebilir alternatiflere kıyasla her yıl %30 ile %50 daha fazla atık kimyasal üretilir.

Doğru H2S ve Mercaptan Gidericisini Seçerken Önemli Faktörler

H2S Konsantrasyonu Düzeyleri ve Gerekli Giderme Kapasitesi

Tedavinin etkinliği, sistemde ne kadar sülfür bulunduğu ile yakından ilişkilidir. Hidrojen sülfür konsantrasyonları 200 milyonda 1'in üzerine çıktığında, gaz boru hattı standartlarını ancak geçebilmek için saflaştırıcıların en az %90 verimlilikle çalışması gerekir. Doğru dozaj dengesini bulmak, tesis operatörleri için zorlu bir iştir. Eğer yeterli miktarda saflaştırıcı eklenmezse, tehlikeli gaz sistemde kalır. Ancak fazla miktarda eklenirse, sektördeki gerçek operasyonlardan gördüğümüz kadarıyla kimyasal giderler yüzde 15 ila 40 oranında artar. Bu nedenle birçok tesis artık sürekli izleme ekipmanlarının otomatik enjeksiyon sistemleriyle birlikte çalışmasına güvenmektedir. Bu düzenlemeler, gün boyunca asitli gaz seviyeleri değiştikçe kimyasal kullanımını dinamik olarak ayarlamaya yardımcı olur ve hem güvenlik hem de bütçe sınırlarını korur.

Saflaştırıcı Performansı Üzerinde Çalışma Sıcaklığı ve Basıncının Etkisi

Triazin bazlı formülasyonlar, 140°F'nin üzerindeki sıcaklıklarda hızlandırılmış termal bozunma nedeniyle %35 verim kaybeder, buna karşılık metal bazlı gidericiler 320°F'ye kadar kararlı performans gösterir. Yüksek basınçlı sistemler (>1.500 psi), sıkıştırma döngüleri sırasında H2S kaçışını önlemek için hızlı reaksiyon kinetiğine sahip geri kazanılamayan gidericileri tercih eder.

Çoklu Fazlı Hidrokarbon Akışkanlarında Çözünürlük ve Faz Uyumluluğu

Suyla karışabilen gidericiler, sıvı hidrokarbon içeriği %2'den az olan gaz işleme süreçlerinde hakimdir, buna karşın yağda çözünen tipler, içinde %15–30 tuzlu su bulunan ham petrol akışkanlarında emülsiyon oluşumunu önler. Faz dağılım testleri, maliyet etkinliğini korumak amacıyla istenmeyen fazlara %5'ten az giderici taşınmasını doğrulamalıdır.

Ham Madde Kimyasal Bileşimi ve Olası Engeller

Glikol kontaktörlerinde tıkanmayı önlemek için mercaptan açısından zengin ham maddeler (>500 ppm RSH), H2S/mercaptan ikilisine karşı çift etkili safsatalar gerektirir. Amin bazlı sistemler, oksijenli kirleticilerle karşılaştığında %20–50 oranında verim kaybına uğrar ve çözünmüş O² içeriği >10 ppm olan akışkanlarda ön arıtım filtrelemesi gerektirir.

Performans Karşılaştırması: Triazin Bazlı ve Triazin Bazlı Olmayan H2S Mercaptan Safsataları

Reaksiyon Mekanizmaları: Kimyasal Bağlanma vs. Redoks Dönüşümü

Triazin bazlı safsatalar, nükleofilik eklenme reaksiyonları denilen süreçle hidrojen sülfüre kimyasal olarak bağlanarak çalışır. Bu süreç zararlı gazı zararsız trisülfit bileşiklerine dönüştürür. Triazinin dışındaki alternatifler arayanlar için nitratlar gibi farklı şekilde işleyen triazin dışı çözümler mevcuttur. Bu alternatifler temelde redoks reaksiyonlarına dayanır ve H2S'yi ya elementel kükürde ya da sülfat bileşiklerine dönüştürür. 2024 Yılı Skavenger Verimlilik Raporu'na göre, triazin sistemleri sıcaklık oda sıcaklığı civarında (yaklaşık 25 santigrat derece) olduğunda hidrojen sülfürün yaklaşık %95'ini gidermeyi başarır. Ancak sıcaklık 80 santigrat derecenin üzerine çıkınca durum zorlaşır çünkü malzeme termal bozunmaya başlar ve bu da verimliliğinden yaklaşık %12 kaybına neden olur. Redoks temelli sistemler ise farklı bir tablo çizer; triazinli sistemlere kıyasla çok daha geniş sıcaklık aralıklarında dahi oldukça iyi performans sergileyerek %88'in üzerinde verimlilik korur.

Değişen Alan Koşullarında Uzaklaştırma Verimliliği

Şist gazı operasyonlarında yapılan saha denemeleri, triazinin yüksek akışlı ortamlarda eşdeğer H2S azaltımını sağlayabilmek için triazin olmayan seçeneklere kıyasla %20 daha yüksek dozaj gerektirdiğini göstermiştir.

Yan Ürün Oluşumu ve Ekipman Etkileri

Triazin reaksiyona girdiğinde boruların iç kısmında birikme eğiliminde olan trisülfit tuzları oluşturur. Bu durum özellikle kalsiyumun bol olduğu bölgelerde tortu oluşum problemini yaklaşık %18 artırır. Diğer seçenek olan triazin içermeyen redoks sistemleri ise atık olarak asidik maddeler ürettiğinden dikkatli bir pH yönetimi gerektirir. Ancak en azından tıkanmalara neden olan katı birikimler bırakmazlar. Her iki durumda da korozyonun takibi önemlidir. Triazin sistemlerinde boru duvarları yılda yaklaşık 0,03 mm aşınır. Kükürtlü gaz ortamlarında nitrat bazlı alternatiflerin yılda yaklaşık 0,05 mm'lik bir aşındırma oluşturduğunu düşünürsek bu fark uzun vadeli bakım maliyetleri açısından oldukça belirleyici olabilir.

Sürekli Kullanımın Maliyet-Fayda Analizi

Triazin maliyeti ileri düzey triazin olmayan saflaştırıcılara kıyasla lb başı 1,20 $ iken, yüksek hacimli uygulamalarda işletme tasarrufları ortaya çıkar:

• triazin olmayan sistemlerde dozaj gereksiniminin %30 daha düşük olması
• suyla çözünebilir yan ürünler nedeniyle atık bertaraf maliyetlerinde %50 azalma

Beş yıllık bir sektör analizi, triazin için toplam sahiplik maliyetinin ortalama 740.000 $, optimize edilmiş triazin olmayan uygulamalar için ise 620.000 $ olduğunu göstermektedir ve bu durum nesil sonrası formülasyonlara yapılan başlangıç yatırımını haklı çıkarır.

H2S Merkaptan Saflaştırıcı Uygulamalarında Operasyonel ve Çevresel Hususlar

Korozyon Önleme Stratejilerine Etkisi

H2S gidericiler, hem boru hatlarında hem de depolama tanklarında sülfür stres çatlamasının ana nedenlerinden biri olan hidrojen sülfürü (H2S) ortadan kaldırarak korozyon sorunlarına karşı etki eder. Araştırmalar, H2S seviyelerini 10 ppm'nin altına düşürdüklerinde bu ürünlerin asitli gaz sistemlerinde bakım maliyetlerini yaklaşık %40 oranında azaltabileceğini göstermektedir. Farklı tipteki gidericiler kimyasal olarak farklı şekillerde davranır. Triazin bazlı olanlar genellikle kararlı tia-diazin bileşikleri atık olarak üretirken, triazin içermeyen diğer alternatifler, örneğin çeşitli metal karboksilatlar daha az korozif malzemeler bırakır. Hangi tip giderici kullanılacağına karar verilirken operatörlerin ilgili metal türünü de göz önünde bulundurması gerekir. Örneğin, belirli amin bazlı ürünler yüksek sıcaklıklarda çalıştırıldıklarında karbon çelik ekipmanlarda oyuklanma (pitting) sorununu hızlandırabilir.

Boru Hatları, Ayırıcılar ve İşlem Üniteleri ile Kimyasal Uyumluluk

Temizleyici formülasyonların düzgün çalışabilmesi için üretim ortamlarında bulunan üç ana fazda — gaz, ham petrol ve üretimi suyu — çözünür halde kalmaları gerekir. Aksi takdirde ileride tıkanma sorunları ile karşılaşırız. Sodyum hidroksit karışımları gibi suda çözünen tipler, birden fazla faz aynı anda aktarken emülsiyon oluşturmak eğilimindedir. Diğer yandan, yağda çözünen seçenekler zamanla işleme ekipmanlarının içindeki lastik contaları hasarlandırabilir. Gerçek saha sonuçlarına bakıldığında, sıcaklık 120 santigrat derecenin üzerine çıkarsa operatörler yaklaşık dörtte bir oranında verim kaybı yaşar çünkü aktif bileşenler termal olarak bozunmaya başlar. Ayrıca akış güvencesi için kullanılan boru hattı katkı maddeleriyle uyumluluk testlerini de unutmayın. Bu maddeler birlikte iyi aksatmadığında genellikle ayırıcılarda kalın çamur birikimine neden olurlar ve bakım kontrolleri sırasında kimse uğraşmak istemez.

Çevresel Etki ve Düzenleyici Uyum Zorlukları

Geri kazanımlı saçılganlar, tek kullanımlık eşdeğerlerine kıyasla atık üretimini yaklaşık %60 ila %70 oranında azaltır. Ancak bu sistemlerin reaktivasyon süreci için oldukça fazla enerjiye ihtiyacı vardır ve bu da maliyetli olabilir. Çinko oksit süspansiyonları gibi geri kazanımsız alternatifler, ağır metaller içerdikleri için bertaraf kurallarıyla ilgili sorunlarla karşı karşıyadır. Çevre Koruma Ajansı, 2023 yılında açıklanan yeni yönergelerle, açık deniz sularına bırakılabilen çinko miktarını yalnızca milyonda 2 parçaya kadar sınırlamıştır. Geçen yıl yayımlanan bir araştırma, triazin bazlı bileşiklerin arıtma tesislerinde atık suyun biyokimyasal oksijen ihtiyacını yaklaşık %35 oranında artırdığını göstermiştir ve bu da gerekli deşarj izinlerinin onaylanmasını zorlaştırmaktadır. Tüm bu faktörler nedeniyle, birçok tesis yöneticisi uluslararası yeşil standartlara uyum sağlarken işletme verimliliğini korumaya yardımcı olan ve doğal olarak zamanla %80'den fazla oranında parçalanan ISO 14001 sertifikalı saçılgan ürünler yönüne yönelmektedir.

SSS Bölümü

Ham petrolden mercaptanlar nelerdir?

Ham petroldaki mercaptanlar, tespit edilebilir kokulara sahip kükürt içeren bileşiklerdir ve kimyasal özellikleri nedeniyle genellikle korozif olabilirler.

H2S maruziyetinin tehlikesi nedir?

H2S'ye maruz kalınması, yaklaşık 100 milyonda parça düzeyinde bile toksik doğası nedeniyle tehlikeli ve potansiyel olarak ölümcüldür.

İşleme tesislerinde H2S'nin uzaklaştırılması neden önemlidir?

H2S'nin uzaklaştırılması, korozyonu hızlandırdığı, rafineri katalizörlerini bozduğu ve ürün içindeki kükürt miktarı açısından ürün spesifikasyonlarını ihlal ettiği için hem güvenlik hem de ürün kalitesi açısından hayati öneme sahiptir.

Triazin bazlı safsatacılar nasıl çalışır?

Triazin bazlı safsatacılar, hidrojen sülfürü kararlı yan ürünler haline kimyasal olarak bağlayarak süreç akışlarındaki konsantrasyonunu ve ilişkili riskleri etkin bir şekilde azaltır.

Triazin dışı safsatacılar daha çevre dostu mudur?

Triazin içermeyen kırıcılar, daha az katı birikinti üretmeleri ve bazen daha geniş etkili sıcaklık aralıkları gibi işletme avantajlarına sahip olmaları nedeniyle daha çevre dostu olabilir.