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. عموماً ترکیبات آلی استخراج‌شده از منابع زیرزمینی دارای ترکیبات مرکاپتان هستند.
نفت و گاز استخراجی از میادین هیدروکربنی نیز شامل این مواد می‌شوند و اکثریت نفت و گاز به‌دست‌آمده از این میادین 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 یادشده، استفاده از سود یا همان کاستیک (هیدروکسید سدیم، NaOH) است. شستشوی ترکیبات هیدروکربنی حاوی مرکاپتان با محلول کاستیک باعث جذب مولکول‌های مرکاپتان به مولکول‌های هیدروکسید سدیم و جداسازی مرکاپتان‌ها از زنجیره هیدروکربنی می‌شود. با توجه به قیمت پایین سود، استفاده از آن برای شستشوی هیدروکربن‌ها راه‌حل اقتصادی و صنعتی مناسبی 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. فرآیندهای مراکس، DMD و DMC از شناخته‌شده‌ترین فرآیندهای مرکاپتان‌زدایی از میعانات گازی، LPG یا گاز مایع، گاز طبیعی و همچنین برش‌های سنگین‌تر هیدروکربنی هستند. نکته قابل توجه در استفاده از کاتالیست‌ها برای تصفیه مرکاپتان‌ها، قابلیت جداسازی اتم گوگرد از زنجیره‌های طولانی‌تر و سنگین‌تر هیدروکربنی در حضور کاتالیست‌هاست. در واقع، حضور کاتالیست‌ها باعث افزایش قدرت انجام واکنش شده و می‌توان اتم‌های گوگرد را از زنجیره‌های بلندتر هیدروکربنی جدا کرد. بدین صورت، مرکاپتان‌های C1-C4 و حتی سنگین‌تر نیز با این روش‌ها جدا و تصفیه می‌شوند.
مرکاپتان ها بعد از تصفیه کجا می روند؟
در فرآیندهای شستشو با سود، مرکاپتان‌ها به مولکول سود چسبیده و از این طریق از محصول هیدروکربنی مورد نظر جدا می‌شوند. سپس سود آلوده شده در صنایع کمتر حساس مورد استفاده قرار می‌گیرد و طی واکنش‌های متعدد بعدی، این مرکاپتان‌ها به ترکیبات کم‌ضررتر یا بی‌ضررتر تبدیل می‌شوند.
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 فرآیند مرکاپتان‌زدایی با استفاده از کاتالیست، پس از واکنش شیمیایی، مرکاپتان‌ها در حضور کاتالیست به DSO تبدیل شده و به راحتی از محصول اصلی جداسازی می‌شوند. سپس پس از جمع‌آوری، به صورت نفت کوره در جای دیگری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
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 طبیعی، 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.