مرکاپتان چیست؟
مرکاپتان یکی از ترکیبات گوگرد است که به زنجیره ای از هیدروکربن ها متصل شده. مولکول مرکاپتان ها حاوی یک شاخه حاوی اتم گوگرد و یک اتم هیدروژن متصل به زنجیره هیدروکربنی هستند که به اختصار R-SH نامگذاری می شوند.
ترکیبات مرکاپتان ها را با توجه به اندازه زنجیره هیدروکربنی متصل به آنها از مرکاپتان C1 تا مرکاپتان های C4 و بالاتر می شناسند. از اینرو به آنها مرکاپتان های سبک یا سنگین می گویند. از جمله مشخصات مرکاپتان ها بوی بسیار نامطبوع، خوردنگی و سمیت برای موجودات زنده و محیط زیست است. عموما ترکیبات آلی استخراج شده از منابع زیر زمینی دارای ترکیبات مرکاپتان هستند. نفت و گاز استخراجی از میادین هیدروکربنی هم شامل این مواد می شوند و اکثریت نفت و گاز بدست آمده از میادین نفت و گاز دارای مقادیری مرکاپتان هستند. با توجه به خورنده بودن این مواد و اثرات جانبی بر تاسیسات پالایشی و انتقال انرژی و همچنین سمیت آنها، مرکاپتان ها جزو اولین موادی هستند که در پالایشگاه ها سعی در تصفیه و پالایش آنها می شود. جداسازی مرکاپتان ها از نفت و گاز و محصولات هیدروکربنی باعث افزایش کیفیت این مواد، کاهش خطرات زیست محیطی، کاهش خوردگی تجهیزات فلزی، رفع خطرات انسانی و کاهش چشمگیر بوی نامطبوع این محصولات می شود. بدیهیست محصولات پالایشی پس از تصفیه دارای ارزش قیمتی بسیار بالاتری به نسبت سوخت های آلاینده هستند.
بوی نامطبوع تهران
جالب است بدانید برخی منبع بوی نامطبوع تهران را وجود مرکاپتان های تصفیه نشده در سوخت بی کیفیت نیروگاه های تولید برق می دانند.
مرکاپتان زدایی
با توجه به پتانسیل بالای گوگرد برای انجام واکنش شیمیایی، مهندسان شیمی و پالایش با استفاده از فرآیند های مختلف ترکیبات گوگردی را به سمت واکنش با سایر مواد تحریک کرده و اینگونه ترکیبات مرکاپتان را از محصول اصلی جداسازی می کنند.
Cuastic Wash
یکی از راهکارهای صنعتی با ساختار یاد شده استفاده از سود یا همان کاستیک یا هیدروکسید سدیم (NaOH) است. شستشوی ترکیبات هیدروکربنی حاوی مرکاپتان با محلول کاستیک باعث جذب مولکول های مرکاپتان به مولکول های هیدروکسید سدیم شده و مرکاپتان ها را از زنجیره هیدروکربنی خود جدا می کند. با توجه به قیمت پایین سود، استفاده از آن برای شستشوی هیدروکربن ها راه حل اقتصادی و صنعتی است. باید توجه داشت که مولکول های سود قادر به جداسازی اتم های گوگرد از زنجیره هیدروکربنی بلند نیستند و تنها مرکاپتان های سبک C1-C2 با این روش قابلیت تصفیه و جداسازی را دارند. از دیگر معایب این روش مصرف زیاد سود برای تصفیه مقادیر زیاد هیدروکربن هاست. همچنین برای شستشوی هیدروکربن ها با محلول سود لازم است که هیدروکربن در فاز گازی باشد. لذا برای تبخیر طیف وسیعی از هیدروکربن ها همچون نفت سفیو سوخت جت، گازوئیل، نفتا، بنزین و … احتیاج به انرژی حرارتی است.
کاتالیست مرکاپتان زدایی
کاتالیست ها موادی هستند که در انجام یک واکنش شیمیایی به سریعتر انجام شدن و یا انجام واکنش با انرژِ کمتر کمک میکنند بدون اینکه در ترکیب ابتدایی و انتهایی واکنش تغیری ایجاد کنند. در واقع کاتالیست ها واسطه انجام یک واکنش شیمیایی می شوند تا کار آسان تر انجام شود. در صنعت نفت و گاز و پتروشیمی هم کاتالیست ها نقش بسزایی در فرآوری محصولات و تولیدات محصولات با ارزش تر دارند. که توضیح انواع آنها در این مقاله نمی گنجد. امروزه کاتالیست ها حلقه ای مهم و استراتژیک در زنجیره تولید انرژی و همینطور زنجیره ارزش محصولات پایین دستی به حساب می آیند.
به منظور جداسازی مرکاپتان ها از زنجیره هیدروکربنی هم می توان از کاتالیست استفاده کرد. فرآیند های مراکس، DMD و DMC از شناخته شده ترین فرآیند های مرکاپتان زدایی از میعانات گازی، LPG یا گاز مایع، گاز طبیعی و همینطور برش های سنگین تر هیدروکربنی هستند. نکته قابل توجه در استفاده از کاتالیست ها برای تصفیه مرکاپتان ها، قابلیت جداسازی اتم گوگرد از زنجیره های طولانی تر و سنگین تر هیدروکربنی در حضور کاتالیست هاست. واقع حضور کاتالیست ها باعث افزایش قدرت انجام واکنش شده و می توان اتم های گوگرد را از زنجیره های بلند تر هیدروکربنی نیز جدا کرد. بدین صورت مرکاپتان های C1-C4 و حتی سنگین تر نیز با این روش ها جدا شده و تصفیه می شوند.
مرکاپتان ها بعد از تصفیه کجا می روند؟
در فرآیند های شستشو با سود، مرکاپتان ها به مولکول سود چسبیده و از این طریق از محصول هیدروکربنی مورد نظر جدا می شوند. حال سود آلوده شده در صنایع کمتر حساس دیگر استفاده می شود و طی واکنش های متعدد بعدی این مرکاپتان ها به ترکیبات کم ضررتر و یا بی ضررتری تبدیل می شوند.
در فرآیند تصفیه با کاتالیست مرکاپتان ها طی یک واکنش شیمیایی به دی سولفید تبدیل می شوند. دی سولفید چسبیده به زنجیره هیدروکربنی Disulfide Oil (DSO) نامیده می شود که خصوصیاتی متفاوت از مرکاپتان ها دارد. DSO که ظاهری شبیه به نفت کوره دارد غیر سمی بوده و بوی نامطبوعی ندارد و به عنوان سوخت ارزان قیمت و سوخت کوره استفاده می شود. در مرکاپتان زدایی با استفاده از کاتالیست پس از واکنش شیمیایی مرکاپتان ها در حضور کاتالیست به DSO تبدیل شده و براحتی از محصول اصلی جداسازی می شوند و پس از جمع آوری بصورت نفت کوره در جای دیگر مورد استفاده قرار می گیرند.
کاتالیست IVKAZ
کاتالیست IVKAZ کاتالیستی است که در فرآیند مرکاپتان زدایی DMD و DMC کاربرد دارد و اقتصادی ترین کاتالیست برای مرکاپتان زدایی از طیف وسیعی از هیدروکربن ها همچون گاز طبیعیريا، گاز مایع، نفت و گاز و میعانات گازی و حتی نفتا و گازوئیل است. عملکرد پر قدرت این کاتالیست قادر به جداسازی مرکاپتان ها از زنجیره های بلند و قوی هیدروکربنی نیز هست.