جاذب های اکسید روی، کبدی در کالبد رآکتورها و ریفرمرهای صنعتی
مقاله ای از واحد تحقیق و توسعه شرکت نفت و گاز سرو
از جاذب های حاوی اکسیدهای فلزی مانند آهن، مس، روی و یا ترکیب آنها به طور معمول در فرایند حذف سولفید هیدروژن از مخلوط هیدروکربن های گازی با به کارگیری فرایند جذب سطحی استفاده می شود. این فرایند شامل جذب سطحی سولفید هیدروژن، توسط اکسیدهای فلزی فعال و تبدیل آنها به سولفیدهای فلزی مانند سولفید روی است. در میان اکسیدهای فلزی، ZnO بالاترین ثابت تعادل را برای سولفیداسیون و بازده بالای حذف H۲S به زیر ۱ppm دارد و بیشترین کاربرد را در صنایع مختلف پالایشگاهی، پتروشیمی و فولادی داراست.
در این مقاله به قلم آقای دکتر احمدرضا کشاورز و آقای دکتر محمد پیمانی، اعضای تیم تحقیق و توسعه شرکت دانش بنیان نفت و گاز سرو، به تحلیل فنی و بررسی عوامل مؤثر بر کارایی جاذب اکسید روی ، مورد استفاده در صنایع فولاد، پتروشیمی و پالایش نفت می پردازیم.
سرو ماندگار – “در حال حاضر بیش از ۷۰ درصد از فولاد کشور با کاتالیست نفت و گاز سرو تولید شده و این شرکت بارگذاری ۲۳ ریفرمر فولادی را در کارنامه خود دارد. نقطه درخشان در صنعت استراتژیک و های-تک کاتالیست ایران، صادرات انواع کاتالیست فولادی، پتروشیمی و پالایشی توسط شرکت نفت و گاز سرو بوده که علاوه بر رفع تهدید نیاز کاتالیست صنایع کشور و کمک به توسعه پایدار ، بازارهای جدیدی صادراتی برای مهین عزیزمان فراهم گشته است. “
عوامل مؤثر بر کارایی جاذب اکسید روی
اکسید روی با فرمولاسیون مناسب باید دارای فعالیت و ظرفیت جذب بالای گوگرد باشد. همچنین جاذب باید استحکام کافی برای مقاومت در برابر تنش هایی داشته باشد که در حین جابه جایی، بارگیری و بهره برداری بر آن اعمال میشود. روابط درونی پیچیدهای بین این پارامترها وجود دارد. فعالیت و ظرفیت جذب گوگرد تابعی از مساحت سطحی و توزیع اندازه حفرههای جاذب اکسید روی است. اگر حفره ها بسیار ریز باشند، با جذب سولفید هیدروژن مسدود میشوند و ظرفیت جذب کاهش خواهد یافت. اگر تخلخلها بسیار بزرگ باشند، سطحِ در دسترس برای جذب بسیار کمتر خواهد بود و ظرفیت جذب گوگرد به میزان چشمگیری کاهش مییابد. استحکام جاذب وابسته به نحوه شکلدهی جاذب در حین ساخت است. هرچه میزان فشردهسازی بیشتر باشد، مساحت سطحی و میزان تخلخل کمتر خواهد بود. از این رو هنگام طراحی جاذب باید نسبت مناسبی بین خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و جاذبی برقرار شود. به طورکلی از عوامل مؤثر بر کارایی جاذب گوگردزدا میتوان به اندازه ذرات جاذب، شکل جاذب، دانسیته توده، استحکام شکست، درصد ZnO، مساحت سطحی، ظرفیت جذب گوگرد و حجم حفرهها اشاره کرد.
الف) اندازه ذره
اندازه ذره تا حدودی بر کارایی جاذب مؤثر است. در ذرات کوچکتر میزان جذب بالاتر است، اما استحکام شکست جاذب کمتر است. علاوه بر این موارد، میزان افت فشار بالاتر و امکان فشردهتر شدن بیشتر بستر جاذب نیز وجود دارد. بنابراین باید حد بهینهای بین افت فشار و اندازه جاذب در نظر گرفت. آزمایشها نشان میدهند که قطر ۴mm اندازه بهینه برای دستیابی به حداکثر کارایی است. برخی مصرفکنندهها بهمنظور کاهش افت فشار، جاذبهای با قطر ۵mm را ترجیح میدهند.
ب) شکل جاذب
جاذبهای گوگردزدا در سه شکل کروی، استوانهای و گرانول موجودند. بهتر آن است که جاذبها شکل یکنواختی داشته باشند (کروی یا استوانهای). در این میان شکل استوانهای به دلیل قطر یکنواخت آن ترجیح داده میشود، درحالیکه در حالت کروی، قطر قطعات جاذب در محدوده مشخصی تغییر میکند. بهطورکلی از مزایای جاذبهای با شکل استوانهای میتوان به بارگذاری یکنواختتر، الگوی جریان گازی یکنواخت، کانالیزه نشدن گاز درون بستر جاذب و افت فشار کمتر اشاره کرد. همچنین اگر تفاوت رنگ (کمی زرد) بین جاذبهای مختلف مشاهده شود، ممکن است ناشی از خلوص مواد استفادهشده و دمای نامناسب کلسیناسیون در حین فرایند ساخت جاذب باشد.
ج) دانسیته توده
به دلایلی هرچه دانسیته توده جاذب بیشتر باشد، عملکرد و کارایی آن بالاتر است. ازجمله این دلایل میتوان به فراهم شدن پارامترهای طراحی بهتر برای جاذب، امکان بارگذاری مقدار بیشتر جاذب (از لحاظ وزنی)، ظرفیت جذب بالاتر و دوره کاری طولانیتر اشاره کرد. بهطور معمول دانسیته توده برای این جاذبها در حدود ۱/۲۵±%۱۰ kg/lit است.
د) استحکام شکست
استحکام شکست نشاندهنده استحکام فیزیکی ساختار کریستالی جاذب است و هرچه استحکام بالاتر باشد، برای بهرهبرداری مناسبتر است. معمولاً استحکام به درصد ZnO و نوع بایندر مورداستفاده بستگی دارد. میزان استحکام شکست در حین بارگذاری و برای سرویسدهی طولانیمدت بستر، بسیار مهم است. استحکام شکست مستقیماً بر افت فشار (∆P) مؤثر است، زیرا استحکام شکست کمتر، به افزایش افت فشار میانجامد. برای این نوع جاذب حداقل استحکام شکست ۵kgf/cm۲ پیشنهاد میشود. اختلاف در استحکام و مقادیر شکست جاذبهای مختلف ممکن است ناشی از خلوص مواد استفادهشده در ساخت جاذب و همچنین فرایند شکلدهی جاذب باشد.
ه) درصد ZnO
اغلب تولیدکنندههای جاذب گوگردزدا درصد اکسید روی بالاتر از ۹۰% را پیشنهاد میدهند. مقدار ZnO بالاتر میتواند سبب افزایش ظرفیت جذب شود. مقدار ZnO بسیار بالا (۹۹%)، میتواند به کاهش استحکام شکست و افزایش افت فشار بینجامد. همچنین درصد بالای اکسید روی در فرمولاسیون جاذب ممکن است تخلخل کم در جاذب ایجاد کند و در نهایت بر کارایی جاذب تأثیر منفی بگذارد. بنابراین در اکثر جاذبهای گوگردزدا درصد ZnO کمتر از ۹۹% و بالاتر از ۹۰% است.
و) مساحت سطحی
هرچه مساحت سطحی بیشتر باشد، سطح تماس گاز با جاذب افزایش مییابد و در نتیجه ظرفیت جذب جاذب بیشتر میشود. بنابراین طراحی میزان تخلخل برای بهبود نفوذپذیری گاز در درون جاذب مهم است. بهطور معمول مساحت سطحی جاذبهای گوگردزدا در حدود ۳۰ m۲/gr است.
ز) ظرفیت جذب گوگرد
با توجه به آنکه جاذب ZnO براساس جذب شیمیایی سولفید هیدروژن روی جاذب عمل میکند (ZnO + H۲S = ZnS + H۲O)، براساس محاسبات ظرفیت جذب تئوری برای جاذب حاوی ۱۰۰ درصد ZnO برابر با ۴/۳۹% و برای جاذب حاوی ۹۵ درصد ZnO برابر با ۴/۳۷% است.
گفتنی است در بهره برداری واقعی، ظرفیت جذب هنگامی که دمای بهرهبرداری بالاتر از oC 350 باشد، حدود ۳۰% است. جاذب با مقدار ZnO بالاتر، ظرفیت جذب بالاتری دارد. بهطورکلی ظرفیت جذب تابعی از دما، فشار، سرعت و شکل رآکتور است. دما تأثیر شدیدی بر فعالیت جاذب دارد که این موضوع در شکل ۱ نشان داده شده است.
سرعت فضایی گاز بر درجه جذب مؤثر است، که به دلیل تأثیر آن بر زمان تماس گاز با سطح جاذب است. ارتباط بین سرعت فضایی و میزان جذب گوگرد در شکل ۲ نشان داده شده است. همانگونه که مشاهده میشود، با افزایش سرعت فضایی گاز، به دلیل کاهش در زمان ماند و تماس گاز روی سطح جاذب، ظرفیت جذب گوگرد کاهش مییابد.
شکل ۱: جذب گوگرد برحسب تابعی از دما.
شکل ۲: ظرفیت جذب گوگرد برحسب تابعی از سرعت فضایی.
ارتباط بین جذب و فشار پیچیدهتر است. با افزایش فشار کاری، فشار جزئی سولفید هیدروژن افزایش مییابد، اما سرعت خطی و میانگین مسیرهای آزاد کاهش پیدا میکند. شکل ۳ نشان میدهد که کاهش فشار در دمای ثابت، سبب کاهش ظرفیت جذب گوگرد میشود. البته در فشارهای کاری که ریفرمرهای احیای مستقیم صنایع فولادی کار میکنند، تأثیر فشار بر ظرفیت جذب گوگرد ناچیز است.
نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد که جذب سولفید هیدروژن گاز ورودی توسط اکسید روی، فرایندی است که با نفوذ محدود میشود و بیشترین بازدهی جذب در سرعتهای خطی بالاتر گاز به دست میآید. در میان کلیه پارامترهایی که پیش از این گفته شد، بیشترین بازدهی میتواند با استفاده از دو مخزن (بستر) بهصورت سری به دست آید. این آرایش مخازن زمانی مناسب است که دو محفظه به گونهای طراحی شده باشند که موقعیت آنها بتواند تغییر کند، به نحوی که یک مخزن در حال تخلیه و بارگیری باشد و مخزن دیگر در حال بهرهبرداری.
شکل ۳: ظرفیت جذب گوگرد برحسب تابعی از فشار.
این طراحی هزینه سرمایهگذاری را افزایش چشمگیری میدهد، اما در واحدهایی که میزان گوگرد گاز ورودی بالاست، این مورد به دلیل افزایش میزان بهرهوری جذب و نیز کاهش تعداد زمانهای توقف واحد، توجیهپذیر است. این مورد در شکل ۴ نشان داده شده است.
شکل۴: استفاده از دو مخزن برای دستیابی به بهره وری بالاتر از جاذب گوگردزدایی.
ح) پارامترهای بهرهبرداری
ازجمله پارامترهای بهرهبرداری واحد گوگردزدایی میتوان به دما، سرعت فضایی گاز، مقدار بخار آب، فشار، مقدار گوگرد ورودی و طراحی رآکتور اشاره کرد. برای رسیدن به بهترین کارایی جاذب، توصیه میشود دمای کاری تا oC ۳۷۵ افزایش یابد. برای حذف H۲S و سایر ترکیبات سولفوردار (عمدتاً COS) با جاذب ZnO، نباید در رنج دمایی oC ۱۸۰-۱۷۰ کارکرد؛ زیرا در این دما، ZnO مطابق با واکنش ۱، در حضور CO۲ بهصورت جزئی به کربنات روی تبدیل میشود:
ZnO + CO۲ = ZnCO۳ (۱)
در دماهای بالاتر از oC ۲۸۰ ، ترکیبات ZnCO۳ تجزیه شده و ZnO مجدداً ایجاد میشود. این فرایند تجزیه ممکن است سبب خرد شدن جاذب شود؛ بنابراین توصیه میشود از سیستم گوگردزدایی در دماهای بالاتر از oC 300 استفاده شود. در نسبت مولی بخار آب به گاز برابر ۲/۰، ظرفیت جذب گوگرد در مقایسه با گاز خشک کمتر و در حدود ۸۰% خواهد بود.
ZnS + H۲O = ZnO + H۲S (2)
کارایی جاذب گوگردزدایی وابسته به درصد ZnO یا تن ZnO بر مترمکعب جاذب است، زیرا کل ZnO همواره برای تماس با گاز در دسترس نیست. همچنان که گاز حاوی گوگرد (H۲S) از سطح جاذب عبور میکند، لایه سطحی ZnO با سولفید هیدروژن واکنش میدهد. عامل کنترلکننده سرعت واکنش گوگردزدایی، نفوذ گاز درون جاذب است که باعث میشود ZnO درون جاذب بسیار آهسته واکنش دهد و این به دلیل فرایند نفوذ بسیار آهسته گاز درون جاذب است. این فرایند تا زمانی که کل ZnO در واکنش شرکت کند، ادامه مییابد. از این رو در بستر رآکتور پرشده با اکسید روی چهار ناحیه مشاهده میشود که شامل ناحیه اشباعشده (کل ZnO به ZnS تبدیل شده است)، ناحیه نفوذ جامد (سولفور به مرکز جاذب انتقال یافته است)، ناحیه نفوذ گاز است که بیشتر واکنش در آن اتفاق میافتد و ناحیه جاذب تازه که در این قسمت جاذب عمدتاً جدید و تازه است.
مروری بر مطالعات انجامشده روی تأثیر ترکیب گاز بر عملکرد گوگردزدایی اکسید روی
همانطور که در بخش قبل اشاره شد، ترکیب گاز ورودی به جاذب روی ترمودینامیک جذب تأثیرگذار خواهد بود. در ادامه به بخشی از فعالیتهای صورتگرفته در این موضوع اشاره خواهد شد.
لو و همکارانش مطالعاتی روی ظرفیت جذب ZnO در شرایط مختلف خوراک و با دمای ثابت oC ۵۰۰ انجام دادهاند. آنها در کار خود از جاذب صنعتی ساخت شرکت سودکمی با مشخصات جدول ۱ استفاده کردهاند. همچنین از ترکیب گاز %۱۰ H۲S درون نیتروژن برای انجام تست بهره بردند و تأثیر افزودن گازهای CO۲ , CO, H۲O و CH۴و همچنین GHSV را روی ظرفیت جذب و نقطه شروع اشباع شدن بررسی کردهاند.
جدول ۱: خواص جاذب صنعتی اکسید روی.
|
خاصیت |
مقدار |
|
میزان محتوای ZnO (%) |
ماکزیمم ۹۰ |
|
سطح ویژه (m۲/g) |
۵۰ |
|
دانسیته بالک (g/cm۳) |
۳۵/۱ |
|
اندازه قرص (mm) |
۷۶/۴ |
تأثیر GHSV روی جذب H۲S
تأثیر سرعت عبور گاز روی ظرفیت جذب و زمان نشتی یا breakthrough (زمانی که توانایی و ظرفیت جذب H۲S برای جاذب تمام شده و شروع به ایجاد پیک در جریان خروجی میکند) برای خوراک حاوی H۲S ، ۱۰۰۰ ppm در شکل ۵ نشان داده شده است.
شکل ۵: تأثیر سرعت فضایی روی زمان نشتی
(ترکیب گاز: ۴۵% H۲O، ۸/۳۲% CH۴، ۲/۱۲% H۲ ، ۳/۸% CO و ۷/۱% CO).
همانطور که مشخص است، با افزایش سرعت فضایی یا GHSV از h-۱ ۶۰۰۰ به h-۱ ۲۴۰۰۰، زمان نشتی از ۸/۲۷ ساعت به ۸/۴ ساعت کاهش مییابد. براساس واکنش جذب، میزان ظرفیت جذب تئوری برابر با ۴/۳۵ گرم گوگرد بهازای ۱۰۰ گرم جاذب است و نتایج نشانداده برای GHSV برابر h-۱ ۶۰۰۰ مقدار ظرفیت جذب ۷/۲۱ بوده که حدود ۶۱% مقدار تئوری است. همانطور که با افزایش سرعت فضایی، زمان تماس گاز با جاذب کاهش مییابد، باعث کاهش ظرفیت جذب خواهد شد که در شکل ۶ نشان داده شده است.
شکل ۶: تأثیر سرعت فضایی روی میزان جذب
(ترکیب گاز: ۴۵% H۲O، ۸/۳۲% CH۴، ۲/۱۲% H۲، ۳/۸% CO و ۷/۱% CO).
تأثیر ترکیب گاز روی جذب H۲S
همانطور که ترمودینامیک واکنش مشخص است، با افزایش میزان رطوبت ظرفیت جذب گوگرد جاذب کاهش مییابد. علاوه بر این، گاز سنتز همیشه مقادیری هیدروژن، متان، CO و CO۲ خواهد داشت که تأثیر مخلوط گاز با نیتروژن خالص در شکلهای ۷ تا ۹ نشان داده شده است.
شکل ۷: تأثیر ترکیب گاز روی زمان نشتی در GHSV برابر ۶۰۰۰.
شکل ۸: تأثیر ترکیب گاز روی زمان نشتی در GHSV برابر ۱۲۰۰۰.
شکل ۹: تأثیر ترکیب گاز روی زمان نشتی در GHSV برابر ۲۴۰۰۰.
همانطور که در شکل ۷ مشخص است، با افزودن CH۴ , CO, CO۲ و H۲ به گاز ورودی زمان نشتی از ۱۴۷۰ دقیقه به ۱۶۶۰ دقیقه افزایش یافته است. بهمنظور بررسی دقیقتر هر یک از این گازها مقدار GHSV را برابر با ۱۲۰۰۰ گرفته و تأثیر آنها در گاز مرطوب را بررسی کرده که در ادامه اشاره خواهد شد.
تأثیر افزودن H۲ روی جذب H۲S
هیدروژن بهعنوان جزء اصلی در گاز سنتز وجود دارد و براساس مطالعات ساسوکا و همکارانش باعث افزایش واکنش بین ZnO و H۲S در دماهای بالا خواهد شد، ولی در دماهای پایین واکنش را کند میکند. مطابق شکل ۱۰ افزودن هیدروژن باعث افزایش زمان نشتی از ۵۵۰ دقیقه به ۷۳۰ دقیقه شده است. براساس مطالعات قبلی، مرحله اول واکنش بین ZnO و H۲S جذب H۲S روی سطح ZnO است و عملاً میزان خاصیت بازی سطح ZnO بسیار مؤثر است. از طرفی ZnO یک نیمههادی نوع n است و جذب گاز روی سطح آن وابسته به غلظت الکترونهای روی سطح آن و خاصیت نیمههادی بودن آن است. افزایش غلظت الکترون سطحی باعث افزایش خاصیت بازی سطح میشود و جذب گاز اسیدی H۲S را ارتقا خواهد داد و عملاً قدرت گوگردزدایی را افزایش میدهد. گاز هیدروژن در واکنش گوگردزدایی شرکت نمیکند، ولی هیدروژن که بهراحتی روی سطح ZnO جذب میشود با گرفتن الکترون، باعث افزایش خاصیت بازی سطح خواهد شد. این افزایش الکترون سطحی باعث افزایش گوگردزدایی خواهد شد.
شکل ۱۰: تأثیر افزودن هیدروژن به گاز ورودی روی زمان نشتی.
تأثیر افزودن CH۴ روی جذب H۲S
افزودن متان به گاز ورودی، براساس شکل ۱۱، تأثیر مثبتی بر زمان نشتی گذاشته است. زمان نشتی از ۵۵۰ دقیقه به ۷۸۰ دقیقه افزایش یافته است. دلیل این افزایش، دقیقاً شبیه به دلیل هیدروژن است. جذب متان روی سطح باعث آزاد کردن الکترون شده و بازی بودن سطح را تحتتأثیر قرار میدهد و میزان جذب را افزایش خواهد داد.
شکل ۱۱: تأثیر افزودن متان به گاز ورودی روی زمان نشتی.
تأثیر افزودن CO روی جذب H۲S
افزودن گاز CO به گاز ورودی، براساس شکل ۱۲ تأثیر بسیاری بر زمان نشتی گذاشته است. جذب شیمیایی CO روی سطح ZnO از واکنش بین ZnO و H۲S ممانعت خواهد کرد. این CO جذبشده سطح اکسید روی را بلوکه کرده و واکنش را کند خواهد کرد. از طرفی بخشی از CO جذبشده باعث پایداری ZnS خواهد شد و ظرفیت جذب کاهش خواهد یافت. از طرفی، پس از تست، رنگ اکسید روی خاکستری شده که نشاندهنده تشکیل کربن از واکنش بودوارد (۲CO↔CO۲+C) روی سطح ZnO است. همین تشکیل کربن روی سطح نیز باعث کاهش واکنش بین اکسید روی و H۲S خواهد شد.
شکل ۱۲: تأثیر افزودن CO به گاز ورودی روی زمان نشتی.
تأثیر افزودن CO۲ روی جذب H۲S
افزودن گاز CO۲ به گاز ورودی در صورتی که خشک باشد و در محیط رطوبت نباشد، بهسختی تأثیرگذار است، ولی زمانی که آب همراه با CO۲ باشد، این روند کاملاً متفاوت است. علت آنکه CO۲ در حالت خشک تأثیر زیادی روی فرایند جذب ندارد، ناشی از سخت بودن جذب CO۲ روی سطح ZnO در بازه دمایی آزمایش است. زمانی که CO۲ در کنار بخار آب باشد به علت جذب رقابتی این دو گاز اسیدی (CO۲ و H۲S) میزان سرعت واکنش کاهش مییابد.
همانطور که در شکل ۱۳ مشخص شده، افزودن CO۲ بهسختی روی زمان نشتی تأثیرگذار است، ولی شکل نمودار زمان نشتی اندکی به چپ میل کرده است. البته گزارش شده میزان CO۲ موجود در خوراک بالای ۱۰% تأثیر منفی روی زمان نشتی خواهد گذاشت، ولی چون عموماً مقادیر CO۲ در خوراک کم است، تأثیر آن ناچیز است.
شکل ۱۳: تأثیر افزودن CO۲ به گاز ورودی روی زمان نشتی.
آقای فان و همکارانش نیز مطالعاتی روی ظرفیت جذب ZnO در شرایط مختلف خوراک و با دمای ثابت oC ۲۸۰ انجام دادهاند. آنها در کار خود از جاذب صنعتی ساخت با مشخصات سطح ویژه 4/22 m۲/g و حجم حفرههای۳۲/۰ ml/g استفاده کردهاند و از ترکیب گاز H۲S 12 g/m۳ درون نیتروژن برای انجام تست بهره برده و تأثیر افزودن گازهای CO۲ ,CO ,H۲O و H۲ را روی ظرفیت جذب و زمان نشتی بررسی کردهاند.
نتایج تحقیق آقای فان روی افزودن مقدار ۵ تا ۳۰% هیدروژن به خوراک در دمای۲۸۰oC در شکل ۱۴ نشان داده شده است. همانطور که مشخص است، هیدروژن تأثیر مثبتی حتی در دمای پایین گذاشته و با افزایش غلظت آن میزان تبدیل افزایش یافته است. علت این پدیده قبلاً گفته شد که مربوط به الکترون گیرندگی هیدروژن، H۲O و CO روی سطح جذبشده است که باعث افزایش خصوصیت بازی سطح ZnO میشود.
شکل ۱۴: تأثیر افزودن H۲ به گاز ورودی روی میزان تبدیل در دمای ۲۸۰oC.
تأثیر افزودن H۲O روی جذب H۲S
شکل ۱۵ میزان تبدیل و زمان واکنش را در مقادیر مختلف آب نشان داده است. آب در سیستم تأثیر مثبت زیادی در میزان تبدیل داشته است و با افزایش غلظت آب به ۹/۱۶%، میزان تبدیل افزایش یافته است. نتایج FTIR نیز تأکید دارد که وجود واکنشهای هیدروکسیلاسیون روی سطح ZnO صورت گرفته که خود باعث افزایش بازی بودن سطح شده و میزان جذب را افزایش داده است.
شکل ۱۵: تأثیر افزودن H۲O به گاز ورودی روی میزان تبدیل در دمای oC ۲۸۰ .
تأثیر افزودن CO۲ روی جذب H۲S
میزان تبدیل با افزودن CO۲ در دو حالت خشک و مرطوب در بازه صفر تا ۲۰% بررسی شده است و به ترتیب در شکلهای ۱۶ و ۱۷ نشان داده شده است. همانطور که قبلاً اشاره شد، در حالت خشک، تأثیر CO۲ ناچیز است، ولی در حالت مرطوب تأثیر آن کاهشی است.
شکل ۱۶: تأثیر افزودن CO۲ به گاز ورودی روی میزان تبدیل در دمای oC ۲۸۰ و بدون رطوبت.
شکل ۱۷: تأثیر افزودن CO۲ به گاز ورودی روی میزان تبدیل در دمای oC ۲۸۰ و همراه با رطوبت.
تأثیر افزودن CO روی جذب H۲S
میزان تبدیل با افزودن CO روی حذف H۲S بررسی و در شکل ۱۸ نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود، در مقادیر CO زیر۱۰% ، افزایش CO باعث افزایش سرعت واکنش شده که مربوط به وجود الکترون روی سطح است، ولی در مقادیر بالاتر از ۱۵% روند برعکس است که ناشی از نشست کربن حاصل از فرایند بودوارد است.
شکل ۱۸: تأثیر افزودن CO به گاز ورودی روی میزان تبدیل در دمای ۲۸۰oC .
جاذب های حاوی پروموتر
براساس محاسبات ترمودینامیکی اکسیدهای فلزی مانند Fe, Zn Mn, Mo, V, Ca, Sr, Ba, Co, Cu و W برای سولفورزدایی گاز در دمای بالا امکانپذیرند. در ادامه بهطور خلاصه، هرکدام از آنها توضیح داده خواهد شد.
کبالت: کبالت، سولفورزدایی را تا ماکزیمم دمای C°۶۰۰ و با محصول CoS انجام میدهد. در اتمسفر احیای گازی، کبالت بیشتری بهصورت فلزی در دماهای بالاتر از C°۳۰۰ پیدا خواهد شد.
مس: رفتار مس و کبالت شبیه هم است، اگرچه مس توانایی نگه داشتن شاخص ۹۵% سولفورزدایی را در دماهای بالای C°۹۰۰ دارد. تحت اتمسفر احیا، مس بیشتری بهصورت فلزی در بازه دماهای کلی پیدا خواهد شد.
آهن: آهن یک ماده مناسب برای سولفورزدایی تا دمای C°۷۰۰ است. در این دماها، Fe۳O۴ به شکل پایدار است و کاهش شدیدی در سولفورزدایی در حدود دمای C°۷۰۰ به علت احیای Fe۳O۴ به FeO پدیدار میشود.
منگنز: برای منگنز پایداری اکسیدی و میزان سولفورزدایی در دماهای بالای C°۱۰۰ پیشبینی میشود. در زیر دمای C°۴۰۰, MnO پایدار است. منگنز پتانسیل سولفورزدایی در بازه دمایی را
600-700oCنشان داده، درحالیکه اکسید فلزهای موجود که با H۲S واکنشپذیرند، رضایتبخش نیستند.
وانادیوم: تحت اتمسفر احیا، V۲O۳ شکل پایدار است و شاخص سولفورزدایی۱۰۰% و محصول نهایی V۲S۳ خواهد بود. در دمای حدود C°۶۵۰ این ماده ذوب خواهد شد.
واحد تحقیق و توسعه شرکت نفت و گاز سرو
همانطور که اشاره شد، هرکدام از این اکسیدهای فلزی در شرایط عملیاتی خاصی کارایی لازم را دارند و امکان استفاده صنعتی از آنها در هر ترکیب گازی میسر نیست. از طرفی، از جنبه اقتصادی، اکسید روی همچنان ارزانتر است و در شرایط مختلف میتوان از آن استفاده کرد. ولی امروزه شرکتهای تولیدکننده جاذب با ترکیب این فلزات بهعنوان پروموتر با اکسید روی به جاذبهایی با عملکردهای بهتر دست پیدا کردهاند. برای مثال، با استفاده همزمان از اکسید مولیبدن و مس در کنار اکسید روی هم میزان جذب H۲S افزایش یافته است و هم با هیدروژناسیون ترکیبات مرکاپتان موجود در گاز طبیعی، یک مرحله از فرایندهای پالایشگاهی کم شده است و در موارد خاص میتوان از این جاذب استفاده کرد. گروه تحقیقات شرکت سرو هماکنون مشغول انجام تستهای تکمیلی برای ساخت جاذبها خاص و ارتقایافته است تا نسلی جدید از این جاذبها را به بازار ارائه کند.
نظر خودتان را درباره این مقاله علمی در ذیل با ما در میان بگذارید.