شیرین سازی گاز طبیعی به روش جذب سطحی



شیرین سازی گاز طبیعی به روش جذب سطحی

نگارنده

فهرست مطالب
فصل 1 مقدمه 1
1-1 پیشنه و اهمیت موضوع 1
فصل 2 مروری بر تحقیقات 1
2-1 گاز ترش 1
2-2 ضرورت تصفیه گاز طبیعی 3
2-3 معیارهای کلی در انتخاب فرآیند تصفیه گاز 4
2-4 روش های پالایش گاز 5
2-4-1 فرآیندهای شیرین سازی در بسترهای جامد 5
2-4-2 جذب در فاز مایع 6
2-4-2-1 فرآیندهای شیرین سازی با حلال های شیمیایی 8
2-4-2-2 فرآیندهای شیرین سازی با استفاده از حلال های فیزیکی 9
2-5 فرآیندهای شیرین سازی به روش تبدیل مستقیم 9
2-6 فرآیند جذب 10
2-7 ساز و کار جذب 11
2-8 جاذب ها و پدیده جذب سطحی 12
2-9 مزایای جذب سطحی نسبت به سایر روش ها 13
2-10 مهمترین عوامل موثر بر جذب سطحی 13
2-10-1 طبیعت جاذب 13
2-11 مکانیسم فرآیند جذب سطحی 14
2-12 انواع جاذب 16
2-13 ایزوترم جذب لانگمییر 18
2-14 ایزوترم جذب فروندلیچ 19
2-15 جذب سطحی و کاربرد آن در حذف ترکیبات گوگردی 21
2-16 ترکیبات گوگردی موجود در نفت خام و گاز طبیعی 21
2-16-1 ماهیت گوگرد 21
2-16-2 ماهیت ترکیبات گوگردی 22
2-17 شیرین سازی بوسیله بسترهای جامد 23
2-17-1 انواع غربال های مولکولی 24
2-18 استفاده از غربال های مولکولی برای شیرین سازی و مقایسه بین آن ها 27
2-18-1 جذب مرکاپتان ها 28
2-18-2 ظرفیت و بازده بستر 29
2-18-3 فرآیند حذف مرکاپتان ها 32
2-19 حذف H2S از گاز طبیعی به وسیله Lo-cat (Fe3+ ) 34
2-20 فرآیند جذب با اکسید آهن 35
2-20-1 مقایسه روش Locat با روش Iron-Sponge 36
2-21 فرایند جذب سطحی با اکسید روی 37
2-22 فرآیندهای جذب سطحی سیکلی 37
فصل 3 نتیجه گیری و پیشنهادات 42
3-1 نتیجه گیری 42
3-2 پیشنهادات 44

فهرست جداول
جدول ‏2 -1خواص فیزیکی و شیمیایی هیدروزن سولفید . 2
جدول ‏2-2توزیع گوگرد موجود درنمونه برش نفتی نفت سبک 23

فهرست اشکال
شکل ‏2 -‏1خوردگی شافت شیر های گلوب ولو ناشی از ترکیبات گوگردی. 3
شکل ‏2-2 دیاگرام عملیات تصفیه گاز با آمین 9
شکل ‏2 -3 انواع روش های حذف ترکیبات گوگردی از برش های نفت 10
شکل ‏2 -4 شمایی از فرایند جذب سطحی به همراه اصطلاحات مربوط به ان . 11
شکل ‏2͏ -5͏ مراحل جذب روی سطح جاذب 12
شکل ‏2 -6 نمودارخطی ایزوترم لانگمیر 19
شکل ‏2 -7 نمودار خطی ایزوترم فروندلیچ . 20
شکل ‏2 -8 مقایسه نمودارهای ایزوترم جذب فرندولیچ بر اساس مقادیر n . 20
شکل ‏2 -9ساختار زئولیت نوع A. 26
شکل ‏ 2 -10ا نوع ساختار زئولیت 27
شکل ‏2 -11 ظرفیت جذب با غربال مولکولی در دمای 25 درجه سانتی گراد 29
شکل ‏2 -12 اثر دما بر روی ظرفیت جذب در فشار اتمسفری 30
شکل ‏2 -13 اثر دما بروی جذب در فشار اتمسفری . 31
شکل ‏2 -14اثر زمان تماس بر روی ظرفیت جذب در فشار اتمسفری. 31
شکل ‏2 -15 فرآیندی برای جدا کردن مرکاپتان ها. 32
شکل ‏2 -16 فرایند شیرین سازی EFCO . 33
شکل ‏2 -17 شماتیکی از اهن اسفنجی مورد استفاده در شیرین سازی گاز 36
شکل ‏2 -18 ساختار سیلیکاژل . 41
شکل ‏2 -19 سیلیکاژل ابی،سفید و نارنجی 41
شکل ‏2 -20 الومینا سیلیکات . 41

چکیده
گاز طبیعی بی رنگ و معمولا سبک تر از هواست که به هنگام استخراج آلاینده های هیدروکربنی مانند هیدروکربن های سنگین و آروماتیک ها، غیر هیدروکربنی مانند نیتروژن و گازهای اسیدی و نم به همراه دارد و باید پیش از به کارگیری در هر کاربرد ویژه، برابر استاندارد ویژه آن در پالایشگاه های گاز پالوده شود گازهای اسیدی CO2 و H2S از مهمترین آلاینده های گاز طبیعی است که سبب کاهش گنجایش، خوردگی و خرابی لوله ها و دستگاه های فرآوری گاز طبیعی و پیامدهای زبانبار بر زیست بوم و تندرستی جانداران و نیز زبان های مالی می شود . از دیگر سو تماس با غلظت 5ppm H2S چشم ها و شش ها را میسوزاند و در غلظت های بالاتر آن، حس بویایی از میان رفته و سرانجام مرگ جاندار را سبب می شود .[۲] همراهی گازهای اسیدی CO2 و H2S با گاز طبیعی در غلظت های بیشتر از اندازه استاندارد سبب ترش شدن گاز می شود. گازهای طبیعی بر پایه ترکیب درصد آن ها دسته بندی شده اند. فرآیند شیرین سازی گاز طبیعی در برگیرنده زدودن آلاینده های اسیدی آن است که با فرآیندهای گوناگونی مانند جذب های فیزیکی و شیمیایی، جذب سطحی، سولفورزدایی بیولوژیکی، سرمایشی و غشایی برای زدایش این آلاینده ها از گاز طبیعی گسترش یافته اند که هر یک برتری ها و کاستی های ویژه خود را دارند.
به طور کلی روش های پالایش گاز را میتوان به ٤ گروه زیر تقسیم بندی کرد.
1. جذب در فاز جامد
2. جذب فیزیکی غربال های مولکولی
3. جذب شیمیایی (اکسید آهن)
4. فرآیندهای شیرین سازی به روش تبدیل مستقیم

واژگان کلیدی فارسی: گاز طبیعی،شیرین سازی گاز،گاز ترش،سولفور زدایی

فصل 1
مقدمه
1-1 پیشنه و اهمیت موضوع
نیاز به تصفیه مواد هیدروکربنی که از طریق مخازن زیر زمینی بدست می آمد از همان ابتدای کشف آن ها احساس می شد. گاز طبیعی هم به دلیل داشتن ناخالصی هایی از جمله CO2 و H2S و … دارای کیفیت مطلوب جهت سوزاندن نبود. روش های مختلف جذب اعم از شیمیایی و فیزیکی از همان ابتدا مورد توجه بود یکی از جاذب های اولیه الکانل آمین بود که در سال ۱۸۶۱ میلادی Woertz موفق شد که الکانل آمین را از طریق گرما دادن الکائل کلروهیدرین و آمونیاک بدست آورد و در سال ۱۸۹۷ Knorr نیز توانست این جاذب را از ترکیب آمونیاک و اکسید اتیلن تولید نماید. بدلیل فراریت زیاد و خورندگی شدید کاربرد این جاذب در فرآیندهای جذب مشکلاتی را پدید می آورد بنابراین بعد از مدتی جهت حذف گازهای اسیدی از گاز طبیعی از آهک استفاده میشد که این آهک ها پس از مصرف دور ریخته می شدند [1].
در سال ۱۹۱۰ میلادی روش استفاده از اکسید آهن ابتدا در انگلستان و سپس در سایر نقاط جهان گسترش پیدا کرد و پس از آن در سال ۱۹۲۰ روش استفاده از کربنات پتاسیم موسوم به Saboard به وسیله شرکت Kopper معرفی شد. در واقع این اولین روش تجارتی بود که در آن گازهای اسیدی به وسیله ی مایع شستشو داده می شدند [1].
روش استفاده از آمین ها در سال ۱۹۳۰ به ثبت رسید و ۹ سال بعد روش استفاده از مخلوط آمین و گلیکول پیشنهاد شد که در آن پالایش و خشک کردن گاز همزمان انجام می شد. روش های locat و Molecular sive جدید هستند و در ایران متاسفانه هیچیک مورد استفاده قرار نمی گیرند [1].
کشور ایران به لحاظ برخورداری از ذخایر گاز بسیار غنی است و با داشتن حدود ۱۰۴۵ تریلیون فوت مکعب ذخایر تثبیت شده، مقام دوم را در بین کشورهای جهان داراست. حداقل و حداکثر دوام این ذخایر در صورت حفظ سطح برداشت و تولید فعلی به ترتیب به بیش از ۱۹۰ الی ۳۰۰ سال می رسد این در حالی است که عمر مفید و دوام ذخایر نفتی کشور با در نظر داشتن سطح برداشت کنونی، از ۷۷ سال تجاوز نمی کند. فواید زیست محیطی گاز طبیعی آن را به عنوان منبع بسیار مفید انرژی تبدیل ساخته است. علاوه بر این، در صنعت، از گاز طبیعی در تهیه کودهای شیمیایی فیلم های عکاسی، جوهر، پلاستیک ها و پاک کننده ها استفاده می کنند [1].
سوخت های فسیلی شامل نفت و گاز، در عمق سه تا چهار کیلومتری اعماق زمین و در خلل و فرج لایه های آن و با فشار چند صد اتمسفر، به صورت ذخیره وجود دارند. در ایران دو نوع گاز طبیعی وجود دارد. یک نوع آن گازی است که همراه نفت و به صورت محلول در نفت و دیگری گاز مستقلی است که از میدانهای نفتی استخراج می شود که در هر دو صورت از نظر اقتصادی بسیار گران بهاست. گازهای همراه نفت از منابع نفت خیز جنوب از سه منطقه به دست می آید منطقه اول در محدوده ناحیه مرکزی شامل آغاجاری، مارون و اهواز منطقه دوم در محدوده جنوب مرکزی شامل گچساران، بی بی حکیمه، رگ سفید و منطقه سوم نواحی شمالی شامل هفتگل، مسجد سلیمان، پشمه خوش، سوسنگرد ،کوپال و غیره. مهم ترین منابع مستقل نفتی عبارتند از استان فارس و بوشهر (نار، کنگان، آغاز و دالان)، استان هرمزگان (قشم، سرخون و گاشو) استان خراسان خانگیران و گنبدلی) استان تهران (سراجه)، فلات قاره (پارس شمالی و جنوبی)، استان ایلام (تنگ بیجار)، استان کرمانشاه بابا قیر کبیر کوه، سمند و کمانکوه) و استان لرستان ( هالوش و ویزنهار) [1].

فصل 2
مروری بر تحقیقات
2-1 گاز ترش
گاز طبیعی خام که از چاه های مستقل گازی استخراج می شود و هنوز فرآیندهای سرچاهی و پالایشی را طی نکرده است، عمدتاً از متان به علاوه گاز اتان تشکیل شده است که با هیدروکربن های دیگر مانند پروپان، بوتان و هیدروکربن های سنگین تر یا میعانات گازی1 به علاوه بنزین طبیعی2 و همچنین مقداری از ناخالصی های غیر هیدروکربنی شامل بخار آب (H2O)، دی اکسید کربن (CO2)، منواکسید کربن (CO)، نیتروژن (N2)، سولفید هیدروژن(H2S)، هلیوم (He) که درصد هر کدام بستگی به نوع مخازن دارد، همراه است [2].
دومین قسمت از فرآورش گاز بعد از جداسازی مایعات گازی از گاز طبیعی خام صورت می گیرد که شامل جداسازی دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن است. گازطبیعی بسته به موقعیت چاه مربوطه مقادیر متفاوتی از این دو ماده را شامل می شود. فرآیند تفکیک سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن از گاز ترش، فرآیند شیرین سازی گاز نامیده می شود. چنانچه میزان سولفید هیدروژن موجود از مقدار 7/5 میلی گرم در هر متر مکعب معادل 4ppmv گاز طبیعی بیشتر باشد آن را گاز ترش می نامند و چنانچه از این مقدار کمتر باشد گاز به اصطلاح شیرین بوده و نیاز به تصفیه نیست[۲].
سولفید هیدروژن گازی بسیار سمی است. تماس با غلظت های 5ppm از آن روی چشم و شش ها اثر گذاشته و در غلظت های بیشتر باعث از بین رفتن توانایی بویایی و در نهایت مرگ می شود. سولفید هیدروژن استعداد آتش گیری بالایی دارد و سوختن آن نیز تولید دی اکسید سولفور رمی کند که این ماده افزون بر اینکه یکی از آلاینده های هوا محسوب میشود بر اثر ترکیب با رطوبت اتمسفری، تولید باران اسیدی می کند [2]. در جدول۱-۱ خواص فیزیکی و شیمیایی سولفید هیدروژن ارائه شده است……………………………………………………………………………………….
جدول ‏2 -‏2-1خواص فیزیکی و شیمیایی هیدروزن سولفید [2].
فرمول ملکولی
H2S
وزن ملکولی
34.082gr/mol
رنگ
بی رنگ
دانسیته
1.363g/L
نقطه جوش
-82.30°C (190.85 K)
نقطه ذوب
-60.28°C (212.87 K)
حلالیت در آب
0.25g/100ml (40 °C)
0.4g/100ml (20 °C)
حلالیت
محلول در متان، استون و الکان آمین ها
فشار بخار
1560 tor(25°C)
توصیف بو
تخم مرغ فاسد
سازمان سلامت و ایمنی اشتغال (OSHA)، سقف قابل قبولی از غلظت 20ppmرا در محل کار تا بیشینه غلظت 50ppm برای کمتر از ۱۰ دقیقه اعلام کرده است. موسسه بین المللی سلامت و ایمنی اشتغال (NIOSH) نیز سقف حد خروجی پیشنهادی برای ۱۰ دقیقه را حدود 10ppm قرار داده است [2].

شکل ‏2 -1خوردگی شافت شیر های گلوب ولو ناشی از ترکیبات گوگردی [1].
2-2 ضرورت تصفیه گاز طبیعی
گاز طبیعی استخراج شده از مخازن عموماً دارای بخار ،آب H2S و CO2 است. از آنجا که این گاز به نقاط مختلفی فرستاده میشود وجود هر یک از این عوامل سبب بروز اختلال در جریان انتقال گاز و مصرف آن میشود جدا نمودن گاز CO2 از جریان گاز طبیعی علاوه بر برآورده نمودن نیازهای ویژه کارخانه جات پتروشیمی موجب افزایش حرارتی و پایین آوردن حجم گاز در سیستم انتقال می گردد. H2S هر چند بهتر از متان میسوزد ولی خودش و محصول حاصل از سوختن آن (SO2) به شدت سمی هستند و باید تا زیر حد مجاز کاهش یابد. وجود آب و گاز نیز سبب تشکیل هیدرات و یخ زدگی خطوط لوله در مناطق سردسیر میشود حذف گازهای اسیدی از گاز ترش نه تنها کیفیت گاز را افزایش می دهد، بلکه در کنار آن میتوان از گوگرد بازیابی شده به عنوان یک محصول جانبی بهره برد [3].
طبق قوانین محیط زیست لازم است که سولفید هیدروژن از گازهای انتهایی پالایشگاه حذف شده و به گوگرد عنصری تبدیل شود. روش های فراوانی برای حذف ترکیبات اسیدی و سایر ناخالصیها از جریانهای هیدروکربنی موجود است. مهمترین و متداول ترین روش صنعتی جهت حذف گازهای اسیدی روش جذب به همراه واکنش شیمیایی است که فرآیند شیرین سازی گاز نامیده می شود. حلال های زیادی در این روش به عنوان جاذب مورد استفاده قرار می گیرند که مهمترین آن ها دو ناخالصی H2S و CO2 را به حدود ppm می رساند. حذف این آلودگی ها به علت مسائل ایمنی کنترل خوردگی کاهش هزینه فرآیند و رسیدن به الزامات محیط زیست انجام می گیرد [3].
2-3 معیارهای کلی در انتخاب فرآیند تصفیه گاز
فرآیندهای تصفیه گاز طبیعی هر چند از لحاظ اصول فیزیکی و شیمیایی ساده اند، اما به علت تغییرات زیاد در فرآیند و فقدان ارتباط مناسب بین آن ها پیچیده به نظر می رسند. از طرفی، تصفیه گاز طبیعی توسط به کارگیری فرآیند های مختلف انجام می گیرد و همواره یک همپوشانی میان این فرآیندها وجود دارد.
انتخاب یک نوع فرآیند ویژه برای تصفیه گاز طبیعی کار ساده ای نیست و عوامل مختلفی باید مورد بررسی قرار گیرند. انتخاب پذیری در یک فرآیند از اهمیت ویژه ای برخوردار است، به این مفهوم که جذب یک جزء نسبت به جزئی دیگر به میزان بیشتری انجام می گیرد. در بعضی از فرآیند ها هم سولفید هیدروژن و هم دی اکسید کربن را از گاز طبیعی جدا می کنند، در حالی که در بعضی از فرآیندها طراحی به گونه ای است که فقط سولفید هیدروژن جداسازی می شود. گاز علاوه بر سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن ممکن است دارای مواد زائد دیگری مانند دی اکسید گوگرد، مرکاپتان ها و سولفید کربنیل باشد حضور این ناخالصی ها استفاده از بعضی فرآیند های شیرین سازی را محدود می کند روش های فراوانی برای حذف ترکیبات اسیدی و سایر ناخالصی ها از جریان های هیدروکربنی موجود است روش های موجود بر اساس استفاده از عواملی نظیر واکنش شیمیایی روش جذب و جذب سطحی دسته بندی می شوند [4].
عوامل موثر در انتخاب فرایند شیرین سازی:
1. نوع ناخالصی که باید از گاز جدا گردد
2. میزان غلظت ناخالصی و حد نشانه خلوص گاز
3. جذب انتخابی گازهای اسیدی.
4. میزان گازترش و شرایط دما و فشار گاز.
5. عملی بودن و مطلوب بودن واحد بازیافت گوگرد.
6. . اقتصادی بودن فرایند [4].
2-4 روش های پالایش گاز
به طور کلی روش های پالایش گاز را میتوان به ٤ گروه زیر تقسیم بندی کرد.
1. جذب در فاز جامد.
2. جذب فیزیکی غربال های مولکولی.
3. جذب شیمیایی (اکسید آهن).
4. فرآیندهای شیرین سازی به روش تبدیل مستقیم [4].

2-4-1 فرآیندهای شیرین سازی در بسترهای جامد
جذب سطحی یا جذب در فاز جامد یکی از روش های تصفیه گاز است که در آن گازهای اسیدی و ناخالصی های همراه گاز به علت وجود گرادیان غلظت از جریان گاز به سطح جامد منتقل می گردند. در دماهای معمولی پدیده جذب به علت ایجاد نیروهای بین مولکولی میان مولکول های جذب شونده و جاذب صورت میگیرد و در این شرایط پیوندهای شیمیایی جدیدی شکل نمی گیرد. به این نوع جذب، جذب سطحی فیزیکی گفته می شود. جاذب ها مواد طبیعی یا مصنوعی هستند که ساختار میکروکریستالی دارند و سطح تماس زیادی در واحد وزن ایجاد می کنند یکی از متداول ترین جاذب های تجاری مورد استفاده این روش غربال های مولکولی هستند که معمولاً سطح تماسی معادل ۶۵۰ تا ۸۰۰ متر مربع به ازای هر گرم جاذب ایجاد می کنند [4].
مهم ترین ویژگی غربال های مولکولی انتخاب پذیری آن ها در مورد ترکیبات اشباع و قطبی می باشد. ترکیبات قطبی مانند آب، دی اکسید کربن، سولفید هیدروژن ،دی اکسید سولفور، آمونیاک، سولفید کربنیل و مرکاپتان ها در حضور ترکیبات غیر قطبی مانند اجزاء گاز طبیعی و هیدروژن به راحتی توسط غربال های مولکولی جذب می شوند. اگر پدیده جذب سطحی در دماهای بالاتر ( بیش از ۲۰۰ ) صورت گیرد انرژی فعال سازی کافی برای تشکیل یا شکستن پیوندهای شیمیایی وجود دارد و اگر این مکانیزم بر نیروهای جاذبه بین مولکولی غلبه کند جذب سطحی شیمیایی وجود خواهد داشت. در این روش جاذب نقش کاتالیست واکنش را دارد و معمولاً ترکیبات حاصل از این واکنش به اندازه ناخالصی های اولیه مضر نیستند و به همین علت میتوانند در جریان گاز باقی بمانند و یا به گونه ای هستند که به سادگی از جریان گاز حذف می شوند [4].
یکی دیگر از روش های جذب سطحی شیمیایی که در شیرین سازی گازترش مورد استفاده قرار می گیرد واکنش اکسیداسیون در حضور اکسید آهن می باشد در این روش کلیه ترکیبات سولفوردار مانند سولفید هیدروژن مرکاپتانها سولفید کربنیل کربن به سولفید و تیوفن ها به گوگرد خالص و یا اکسیدهای گوگرد تبدیل میگردند [4].
فرایند جذب سطحی شیمیایی بسیار گران است و با توجه به نوع تقاضا و در ظرفیت های نسبتاً کم مورداستفاده قرار می گیرد. از مزیت های مهم این روش کیفیت بسیار بالای جذب ناخالصی هاست و به همین علت این روش معمولاً وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که مسائل محیط زیست اهمیت زیادی داشته باشد و یا گاز شیرین با خلوص بالا مورد نیاز باشد [4].
2-4-2 جذب در فاز مایع
جذب در فاز مایع معمول ترین روش شیرین سازی گاز در پالایشگاه ها و فرایندهای تصفیه گاز می باشد. فرایندهای جذب در مایع به دو دسته فیزیکی و شیمیایی تقسیم می شوند. در روش جذب فیزیکی ناخالصی های جریان گاز از طریق ایجاد نیروهای بین مولکولی در فاز مایع حل می شوند از مزیت های مهم این روش مصرف انرژی کم در قسمت احیاء و عدم تخریب حلال مصرفی می باشد اکثر فرایندهای این گروه مانند فرایندهای Selexol و Sulfinol تحت لیسانس شرکت های مختلف می باشند [4].
سیستم های حلال فیزیکی شبیه به سیستم حلال های شیمیایی هستند اما بر پایه ی قابلیت انحلال گاز در یک حلال به جای یک واکنش شیمیایی می باشند. قابلیت انحلال گاز اسید بستگی به فشار نسبی گاز اسیدی و درجه حرارت سیستم دارد فشارهای نسبی بالای گاز اسیدی قابلیت انحلال گاز اسیدی را افزایش می دهد از طرفی درجه حرارت پایین نیز قابلیت انحلال گاز اسیدی را افزایش می دهد ، اما به طور کلی، درجه حرارت به اندازه فشار بحرانی نیست [4].
حلال های آلی مختلف برای جذب گازهای اسیدی بر اساس فشارهای جزئی استفاده می شوند. بازسازی حلال توسط فلاشینگ به فشار پایین تر و یا در برج دفع با بخار حلال یا گاز بی اثر انجام می شود برخی از حلال ها را میتوان با تنها فلاشینگ بازیابی کرده و نیاز به هیچ گونه گرمایی ندارند. حلال های دیگر نیاز به دفع و مقداری گرما داشته، اما به طور معمول حرارت موردنیاز نسبت به حلال های شیمیایی مقدار کمتری می باشد. فرآیندهای با حلال فیزیکی میل ترکیبی بالایی برای هیدروکربن های سنگین دارند. اگر جریان گاز طبیعی غنی از C3+ هیدروکربن باشد استفاده از یک فرایند با حلال فیزیکی ممکن است باعث از دست دادن مقدار قابل توجهی از هیدروکربن های دارای وزن مولی سنگین تر شود. این هیدروکربن ها از دست می روند زیرا آن ها در حلال همراه با گازهای اسیدی منتشر شده و از لحاظ اقتصادی قابل بازیابی نیستند. فرآیندهای با حلال فیزیکی باید برای شیرین سازی گاز تحت شرایط زیر در نظر گرفته :
1. فشار جزئی گازهای اسید در خوراک است PSI ۵۰ (۳۴۵ کیلو پاسکال) و یا بالاتر باشد.
2. غلظت هیدروکربن های سنگین در خوراک کم است.
3. حذف تنها بخش عمده ای از گازهای اسیدی موردنیاز است.
4. حذف انتخابی هیدروژن سولفید مورد نیاز است.
در فرایند جذب شیمیایی در فاز مایع عموماً از محلول های آلکانول آمین به عنوان جاذب استفاده می گردد. استفاده از آلکانول آمین ها برای اولین بار در سال ۱۹۳۰ و توسط شخصی به نام باتومز3، مطرح شد. این مواد به علت ارزان بودن و نیز خاصیت واکنش جذب در صنعت شیرین سازی گاز به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته اند.
دی اتانول آمین4 و مونو اتانول آمین5 دارای بیشترین مصرف تجارتی در تصفیه گاز هستند. تری اتانول آمین6 به علت فعالیت ،کمتر وزن مولکولی نسبتاً بالا و عدم پایداری کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. متیل دی اتانول آمین7 در سال ۱۹۵۰ توسط کوهل8 ، مصرف شد و در سال های اخیر به شدت در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است [4].
2-4-2-1 فرآیندهای شیرین سازی با حلال های شیمیایی
عملیات شیرین سازی گازهای ترش به واسطه محلول باز ضعیف با گازهای اسیدی صورت می گیرد. واکنش شیمیایی در این نوع فرآیند با تغییر دما و یا فشار سیستم برگشت پذیر است. از این رو حلال های شیمیایی با تغییر پارامترهای عملیاتی یاد شده قابل احیا بوده و در داخل یک سیستم حلقه بسته به گردش در می آید [5].

شکل ‏2-2 دیاگرام عملیات تصفیه گاز با آمین [5]
2-4-2-2 فرآیندهای شیرین سازی با استفاده از حلال های فیزیکی
این فرآیند ها بر اساس استفاده از حلال های فیزیکی است. این حلال ها بدون نیاز به انرژی قابل بازیابی هستند و به صورت همزمان قابلیت خشک کردن گاز را نیز دارند. این فرآیند ها بیشتر برای حذف مقادیر زیادی از دی اکسید کربن مورد استفاده قرار می گیرند. پر کاربرد ترین فرآیند های جذب فیزیکی به صورت زیر هستند:
1. سلکسول9
2. رکتیسول10
3. پیوریسول11
4. فلور12 [5].
2-5 فرآیندهای شیرین سازی به روش تبدیل مستقیم
این فرآیند ها در عمل با تبدیل مستقیم سولفید هیدروژن به گوگرد مانع از انتشار آن به محیط زیست می شوند. فرآیندهای زیادی در این گروه قرار میگیرند. در برخی از این فرآیند ها هدف تولید گوگرد بوده و در بعضی دیگر بازیافت سولفید هیدروژن از یک جریان گاز همراه با تولید گوگرد مد نظر است [5].

شکل ‏2 -3 انواع روش های حذف ترکیبات گوگردی از برش های نفت [6].
2-6 فرآیند جذب
در واقع یکی از فرآیندهای جداسازی میباشد که اگر در آن از یک حلال مایع برای جداسازی اجزای یک محلول استفاده شود به آن جذب گویند و در صورتی که برای جداسازی اجزای یک محلول ( مایع یا گاز) از سطح یک جسم جاذب جامد استفاده گردد آن را جذب سطحی گویند .
منظور از جذب سطحی عمدتاً جذب مولکولها و یا ذرات کلوئیدی از طرف سطح فاز مایع و یا جامد در سطح مابین فازهاست. در واقع نوعی فرآیند جداسازی است که در آن برخی از اجزای یک فاز سیال به سطح جذب کننده یک جامد منتقل میگردد. معمولاً ذرات کوچک یک جذب کننده سطحی در بستری ثابت نگه داشته میشود و سیال (گاز یا مایع) به طور پیوسته از آن عبور میکند تا این که ظرفیت جسم جاذب کامل گردد که در این صورت جاذب دوباره باید احیا گردد. پدیده جذب گازها توسط زغال در اوائل قرن هیجدهم (۱۷۷۳) توسط شیل مشاهده گردید، ولی جذب مواد از محلولها در سال ۱۷۸۵ توسط لوویتز تثبیت گردید. در سال ١٨١٤ ساوسور دانشمند سوئیسی نشان داد، سطوحی نظیر سطح کربن فعال دارای درجه تخلخل هستند گازها را جذب میکنند و سپس با گرم کردن آن را مجددا آزاد می نمایند. در اوایل قرن بیستم پدیده جذب توسط دانشمندانی چون لانگمییر ، دوبینین و دیگران مورد مطالعه بیشتر قرار گرفت [7و8].

شکل ‏2 -4 شمایی از فرایند جذب سطحی به همراه اصطلاحات مربوط به ان [7].

2-7 ساز و کار جذب
هر جاذب دارای سطح خارجی و همچنین سطح داخلی شامل خلل و فرجها میباشد که این منافذ سطح قابـل توجهی را به مراتب بیشتر از سطوح خارجی ایجاد میکنند مراحل جذب در روی سطوح مختلف یـک جـاذب در شکل ۱-2 نشان داده شده است [9].

شکل ‏2͏ -5͏ مراحل جذب روی سطح جاذب [9].
به طور کلی عمل جذب بیشتر به صورت واکنش رفت و برگشت انجام میگیرد یعنی جذب و دفع به طور همزمان انجام میشوند تا سرانجام به تعادل برسند. به طور کلی پدیده جذب گرمازا است و انرژی حاصل بیانگر قدرت جذب است همچنین عمل جذب واکنشی برگشت پذیر است یعنی اگر با اعمال شرایط خاصی جذب را انجام شود با تغییر شرایط عملیاتی ماده از سطح جاذب دفع شود به عنوان مثال با افزایش فشار هنگامی که فشار، فرآیند جذب انجام میگیرد و با ایجاد خلاء جامد جذب شده از سطح جاذب جدا شده و عملیات دفع آن صورت می گیرد. همچنین حرارت نیز یکی از شرایط عملیاتی مهم برای فرآیند جذب و دفع میباشد. با کاهش دمای عملیاتی، فرآیند جذب و با افزایش دمای عملیاتی فرآیند دفع صورت می پذیرد [9].
2-8 جاذب ها و پدیده جذب سطحی
جاذب ها موادی بسیار متخلخل هستند و جذب سطحی عمدتاً روی دیواره، حفره ها و یا مکان های مشخص در داخل ذره صورت میپذیرد از آنجا که حفره ها بسیار کوچک هستند مساحت سطح داخلی چندین مرتبه بزرگتر از مساحت خارجی است و ممکن است به ۲۰۰۰ متر مربع در هر گرم نیز برسد. اختلاف در جرم مولکولی، شکل و یا قطبیت باعث میشود برخی از مولکولها محکمتر از سایرین روی سطح حفظ شوند یا ممکن است حفره ها کوچکتر از آن باشند که مولکولهای درشت تر را بپذیرند در نتیجه مواد از هم جدا شوند. در بسیاری از موارد، اجزای جذب شده در داخل جاذب به خوبی نگه داشته میشوند در نتیجه جداسازی کامل آن ماده از سیال همراه با جذب بسیار کمی از سایر اجزای موجود ممکن باشد آنگاه میتوان احیاء جاذب را انجام داد تا ماده جذب شده به صورت غلیظ یا تقریباً خالص بدست آید [9].
جامدهای جاذب معمولاً به شکل گرانول مصرف میشوند و قطر آنها از ۵۰ میکرومتر تا ۱۲ میلیمتر متغیر است. جامدها باید مقاومت و سختی خوبی داشته باشند تا در اثر حمل و نقل و همچنین وزن خود در بستر آسیب نبینند. ویژگیهای مهم جاذبها برای کاربرد عبارتند از ظرفیت گزینش پذیری قابلیت تولید مجدد، سینتیک، سازگاری و هزینه ظرفیت جذب سطحی مهمترین مشخصه جاذب است که به عنوان مقدار مادهی جذب شـده توسط جاذب بر واحد جرم یا حجم آن جاذب تعریف میشود گزینش پذیری که وابستگی زیادی به ظرفیت دارد نسبت ظرفیت جذب یک جزء به اجزای دیگر در غلظت داده شده ی سیال است [9].
2-9 مزایای جذب سطحی نسبت به سایر روش ها
در بین این روشها جذب سطحی به دلیل امکان بر طرف کردن آلایندههای بسیار پایدار که با سایر روشها قابل حذف نیستند مورد توجه میباشد و چنانچه ماده جاذب ارزان قیمت در دسترس باشد کل فرآیند از لحاظ اقتصادی به صرفه است. پس از جذب آلاینده از فاز آبی بر روی جاذب به دلیل باقی ماندن پسماند جامد انجام عملیات جداسازی بعدی راحت تر است استفاده از جاذب ها در مقایسه با سایر روش های الکتروشیمیایی بیولوژی و…. به دلیل آنکه میتواند باعث حذف فیزیکی آلاینده های مختلف از پساب شود و منجر به تولید هیچ محصول جانبی خطرناکی در حین فرآیند نیز نمیشود بسیار مورد توجه است . همچنین جذب سطحی یک روش موثر و غیر تخریبی برای حذف رنگ از محلولهای آبی میباشد که با استفاده از حلال های شوینده مناسب میتوان رنگ جذب شده را مجددا از جاذب جدا کرد [9].
2-10 مهمترین عوامل موثر بر جذب سطحی
2-10-1 طبیعت جاذب
از آنجایی که جذب سطحی یک پدیده مربوط به سطح میباشد بنابراین مقدار آن متناسب با سطح ویژه جاذب خواهد بود. سطح ویژه میتواند به صورت قسمتی از سطح جاذب که در عمل جذب سطحی قابل دسترس باشد، تعریف شود. بنابراین مقدار جذب سطحی به ازای واحد وزنی جاذب در مورد جاذب های متخلخل بیشتر است.
خواص فیزیک وشیمیایی ماده جاذب میتواند هم بر روی ظرفیت و هم بر روی سرعت جذب سطحی تاثیر بگذارد. شیمی سطح کربن فعال موضوعی است که به مدت یک قرن مورد توجه شدید بوده است. اخیراً کارهایی با استفاده از اسپکتروسکوپی انعکاس درونی (IRS13) صورت گرفته است در این مطالعات هدف اصلی مشخص کردن ماهیت گروه های عاملی که در سطح کربن فعال در شرایط مختلف فعالسازی تشکیل می شوند، می باشند. در واقع این گروه های عاملی سطحی اکسیژن دار می توانند در آبدوست شدن کربن فعال و بنابراین در بهتر غوطه ورشدن آن در داخل آب نیز دخیل باشند عوامل دیگری مانند مقدار مصرفی جاذب و غلظت اولیه محلول نیز می توانند. بطور غیر مستقیم بر روی فرآیند جذب سطحی موثر باشند [10].
یکی از خصوصیات و مشخصات مواد جاذب از جمله کربن فعال نقطه بار صفر (PZC14) می باشد که تا اندازه ای به چگونگی توزیع تراکم الکترونی و تغییرات بار روی جاذب بر حسب تغییر pH اشاره می نماید. برای محاسبه PZC مقادیر مختلفی از جاذب را در ۱۰ میلی لیتر از محلول(0.1N) NaCl برای مدت یک شبانه روز قرار داده و سپس تغییرات pH را اندازه می گیرند زمانی که pH برای مقادیر مختلف از کربن ثابت باشد، آن pH برابر PZC جاذب می باشد.اگر pH محلول پایین تر از PZC جاذب باشد سطح جاذب به صورت مثبت باردار می شود و در صورتی که pH محلول بالاتر از PZC باشد سطح جاذب به صورت منفی باردار می شود [10].
2-11 مکانیسم فرآیند جذب سطحی
جداسازی بر اساس روش جذب سطحی به طور کلی بر اساس سه مکانیسم زیر انجام می شود:
1. جذب بر حسب اندازه و فضای مولکول
2. جذب سینتیکی
3. جذب تعادلی
مکانیسم فضایی از ویژگی های غربال مولکولی زئولیت ها ناشی می.شود در این مکانیسم تنها مولکول های کوچک می توانند در جاذب نفوذ کنند و از نفوذ سایر مولکول ها جلوگیری می شود [11].
در جداسازی سینتیکی مبنای جذب مولکول ها در جاذب سرعت نفوذ است که هر مولکول که سرعت نفوذ بیشتری داشته باشد نفوذ پذیری بیشتری نسبت به مولکول های رقیب، اولویت جذب را دارا است؛ ولی عمده مکانیسم جذب جذب تعادلی می باشد.
مکانیسم جذب استریکی (جذب بر حسب اندازه و فضای مولکول) منحصر به زئولیت ها و غربال های مولکولی است و این به دلیل یکنواختی حفرات در ساختار کریستالی آن ها است از کاربردهایی که برای جذب با مکانیسم استریکی میتوان اشاره داشت نم زدائی با زئولیت 3A و دیگری جداسازی نرمال پارافین ها از ایزو پارافین ها و هیدروکربن های زنجیری با استفاده از جاذب 5A است.
جداسازی با مکانیسم سینتیکی گرچه کاربرد محدودی دارد ولی در برخی موارد پتانسیل بیشتری دارد. این نوع جداسازی هنگامی که جذب تعادلی امکان ندارد جایگزین مناسبی است. جداسازی هوا تهیه اکسیژن از هوا نمونه ای است که در آن جذب سینتیکی مکمل جذب تعادلی است. نمونه ای دیگر از جذب سینتیکی جداسازی متان از دی اکسید کربن توسط کربن غربال مولکولی است [11].
برای جذب ،تعادلی نقطه ی شروع برای طراحی یا انتخاب یک جاذب این است که خواص پایه ای مولکولی که قرار است در مقایسه با سایر مولکول های موجود در مخلوط جذب شود؛ تعیین شود. خواصی همچون قطبی بودن دارا بودن خواص مغناطیسی. مثلاً اگر مولکول انتخاب شده قطبش پذیری و خاصیت مغناطیسی بیشتری دارد ولی قطبی نیست، کربن با سطح ویژه ی (m2/kg) زیاد گزینه ی مناسبی است. جاذب های با قطبیت زیاد سیلیکاژل، زئولیت آلومینای فعال میتوانند برای مولکول که ممان دو قطبی زیادی دارد مورد استفاده قرار گیرند.
مکانیسم هایی که در بالا صحبت شد فقط در مورد پیوند بین مولکول جذب شده و سایت های جذب است مولکولی که قرار است جذب شود میتواند با اتمهای دیگری که بر روی سطح حفرات نیز وجود دارند برخورد داشته باشند این برخوردها گرچه برخوردهای ثانویه هستند ولی اهمیت زیادی دارند. انتخاب و طراحی جاذب کار پیچیده ای است نوع فرآیند جداسازی خالص سازی یا جداسازی توده ای که قرار است در آن از جاذب استفاده شود نیز بر جاذب تاثیر دارد[11].
2-12 انواع جاذب
در مبحث جذب سطحی مهمترین عاملی که باید بررسی شود جاذبی است که با آن عملیات جذب سطحی انجام می شود پارامترهای مهم زیر برای جاذب باید در نظر گرفته شوند:
1. سرعت زیاد جذب و دفع
2. ظرفیت بالای جذب سطحی
3. امکان احیای جاذب
4. پایداری
البته داشتن همه ی فاکتورها با هم برای یک جاذب کمتر امکان پذیر است و جاذبی که همه ی این پارامترها را داشته باشد جاذبی ایده آل است.
انتخاب جاذب مناسب برای یک عملیات جداسازی فرآیندی پیچیده است مبنای علمی و غالب برای انتخاب جاذب ایزوترم تعادلی است. سرعت نفوذ در انتخاب جاذب مناسب دارای درجه دوم اهمیت است. برای این امر باید ایزوترم های تعادلی همه اجزای محصولی که باید جداسازی شود، در گستره ی دما و فشار عملیاتی تعیین گردند. با توجه به ایزوترم های تعادلی و به همراه آن ها عوامل زیر که برای طراحی بسترهای جذب مهم هستند نیز باید تعیین شوند [11].
1. ظرفیت جاذب در گستره دما و فشار عملیاتی
2. روش احیای جاذب
3. محاسبه طول بستر استفاده نشده در بررسی جذب دینامیک بستر
4. درجه ی خلوص محصول
5. غیر فعال شدن جاذب
6. درصد تخلخل بستر )با توجه به نوع جاذب)
نوع فرآیند جداسازی یعنی اینکه هدف از جداسازی خالص کردن محصول از یک ناخالصی است یا جداسازی توده ای در جداسازی توده ای میزان جزیی که قرار است جذب شود در محلول تقریباً بیشتر از ۱۰ درصد است.
همانگونه که اشاره شد سرعت نفوذ نیز در انتخاب جاذب مهم است مکانیسم نفوذ در سامانه های مایع و گاز کاملاً با هم متفاوت است، نفوذ در سامانه های گازی بر اثر فرآیند برخورد تصادفی انجام می شود ولی در مایعات مکانیسم نفوذ به صورت پخش فعال است مکانیسم نفوذ در مواد متخلخل نه مانند نفوذ گازها است و نه شباهتی به مکانیسم نفوذ در مایعات ،دارند نزدیک ترین مکانیسم نفوذ در مواد متخلخل نفوذ سطحی است.
به طور کلی با توجه به نوع بر هم کنش ترکیبات گوگرد دار با جاذب گوگرد زدایی به دو بخش جذب فیزیکی یا گوگردزایی (جذبی) و جذب شیمیایی تقسیم می شود در بخش جذب فیزیکی مولکول گوگرددار تبدیل نمی شود؛ بلکه با توجه به مشخصات فیزیکی جاذب و ماده جذب شونده عملیات جذب صورت می گیرد در جذب شیمیایی مولکول گوگرددار به ترکیب گوگردی دیگر تبدیل می شود. در قسمت جذب شیمیایی مواردی همچون اصلاح جاذب یا اسیدشویی و نشاندن نمک های فلزی بر روی جاذب از جمله عوامل موثر در جذب می باشند[11].
2-13 ایزوترم جذب لانگمییر
در سال ۱۹۱۹ لانگمییر مدلی برای پدیده جذب سطحی و بخصوص جذب سطحی شیمیایی ارائه کرد و توانست به توضیح نظری ساده ولی مهمی درباره منحنی هم دمای جذب سطحی دست یابد در این مدل فرض می شود که جریان جذب سطحی شیمیایی سرانجام به تشکیل یک لایه تک مولکولی بر روی سطح جاذب منجر می شود، و منحنی هم دمای جذب سطحی از بررسی تعادلی بدست می آید که میان فاز گازی و تک لایه ای که به طور ناتمام تشکیل یافته برقرار شده است . بررسی می تواند بر اساس اندازه ماده جذب شده در کسری از سطح پوشش یافته و یا غلظت گاز جذب شده در سطح انجام شود مورد دوم برای بررسی سینتیک بسیار مفید می باشد. فرض های مهم به صورت زیر است:
همه سطح کاتالیزور دارای فعالیت یکسان می باشند بعنوان مثال از نظر انرژی یکنواخت است. مفهوم سطح غیریکنواخت با مراکز فعال می تواند به این ترتیب توصیف گردد که مراکز فعال دارای فعالیت یکسان برای جذب هستند و سایر سطح بدون فعالیت است و یا این که یک مقدار متوسط از فعالیت استفاده می شود. بین مولکول های جذب شده واکنشی وجود ندارد مفهوم این است که مقدار جذب شده روی عمل جذب بر اساس سایت فعال اثری ندارد. تمام جذب بر اساس یک نوع مکانیسم انجام میگیرد هر کمپلکس جذب شده دارای ساختار یکسان ادامه و توسعه جذب کمتر از یک پوشش کامل مونو مولکولی در سطح جاذب می باشد [12].
شکل عمومی معادله لانگمییر در زیر آمده است:
(1)

رابطه لانگمییر را میتوان به صورت روابط زیر مرتب کرد:

(2)

(3)

که در این معادله qe و Ce و qmax و b به ترتیب میلی گرم جذب شده به ازای واحد جرم جاذب در شرایط تعادل (mg/g)، غلظت تعادلی آلاینده بر حسب میلی گرم بر لیتر میلی گرم جذب شده به ازای واحد جرم جاذب مورد نیاز برای تکمیل پوشش تک لایه ای سطح و ثابتb (L mg-1) نشان دهنده گرمای جذب سطحی می باشند. نمونه ای از ایزوترم جذب لانگمییر بر طبق رابطه (۱) در شکل (6-2) نمایش داده شده است که با رسمq_e/Cⅇ بر حسب می توان عرض از مبدا (1/(bq_max )) و شیب خط (1/q_max ) را بدست آورد [12].

شکل ‏2 -6 نمودارخطی ایزوترم لانگمیر [12].

2-14 ایزوترم جذب فروندلیچ15
معادله دیگر برای جذب سطحی ،همدما ایزوترم فروندلیچ میباشد که مانند ایزوترم قبلی به منظور تعیین کمی سیستم های جذب سطحی تعادلی بکار می رود.
در ایزوترم فروندلیچ انرژی های سطحی ناهمگن میباشد شکل عمومی معادله فروندلیج در زیر آمده است:
(4)
که در آن qe و Ce مشابه موارد مطرح شده در رابطه لانگمییر هستند. مقادیر K و n ، ثابت هایی هستند که به طور تجربی تعیین شده اند.
رابطه فروندلیچ را به صورت زیر هم میتوان نوشت:
که شکل (۱-۳) بر اساس رابطه (5) یعنی ln qe بر حسب lnce رسم شده است و Inkf عرض از مبدا آن می باشد. شیب این خط 1/n می باشد.

شکل ‏2 -7 نمودار خطی ایزوترم فروندلیچ [12].

شکل ‏2 -8 مقایسه نمودارهای ایزوترم جذب فرندولیچ بر اساس مقادیر n [12].
2-15 جذب سطحی و کاربرد آن در حذف ترکیبات گوگردی
جذب سطحی با جاذب های جامد یکی از روش های متداولی است که برای حذف ترکیبات گوگردی هم از جریان گاز طبیعی و هم از برش های نفتی مورد استفاده قرار میگیرد این روش به دلیل انتخاب پذیری بالا راندمان بالا خلوص بالای تولید شده جذب شده و عدم تاثیر فشار بر ظرفیت جذب عامل جداساز کاربردهای زیادی پیدا کرده است.
2-16 ترکیبات گوگردی موجود در نفت خام و گاز طبیعی
2-16-1 ماهیت گوگرد
گوگرد موجود در نفت خام معمولاً از تجزیه مواد آلی در گذر زمان و ته نشین شدن در لایه های زیرزمینی حاصل می شود. بخشی از گوگرد موجود در مخزن نفتی به صورت سولفید هیدروژن (H2S) است که حالت گازی دارد و با گاز همراه از مخزن خارج می شود، بخشی از این ترکیبات در فاز مایع مخزن هم وجود دارد نظر دیگری که درباره ماهیت ترکیبات گوگردی نفت خام وجود دارد این است که از واکنش کاهشی سولفات با گاز هیدروژن در شرایط حضور باکتری از نوع (desulforibrio desulfuricans) گاز H2S بدست می آید [13].
4H2 +SO4=(bacterial) →H2S +2OH ̄ +2H2O (1)
هیدروژن از سیال درون مخزن حاصل می شود و یون سولفات در سنگ مخزن موجود است گاز H2S تشکیل شده در شرایط دما و فشار مخزن با هیدروکربن های موجود در مخزن واکنش می دهد و سایر ترکیبات گوگردی را بوجود می آورد و یا با یون سولفات موجود در سنگ های مخزن واکنش می دهد و منجر به تولید گوگرد عنصری می شود [13].
3H2S+SO-4→4S +2OH ̄ +2H2O (2)
ترکیبات گوگردی مهمترین ترکیبات غیر هیدروکربنی موجود در نفت خام هستند. به طور کلی هر چه چگالی نفت بیشتر شود (درجهAPI آن کمتر شود) مقدار گوگرد موجود در آن بیشتر می شود. گوگرد موجود در نفت خام از %۴ وزنی برای برش های سبک تا %۵ وزنی برای برش های سنگین متغیر است. ولی درصد گوگرد موجود در نفت خام مخزن با گذشت زمان تغییر می کند [13].
2-16-2 ماهیت ترکیبات گوگردی
ترکیبات گوگردی موجود در نفت خام عبارتند از: گوگرد عنصری، سولفید هیدروژن،تیول ها (مرکاپتان ها)،سولفیدها، دی سولفیدهای حلقوی و زنجیره ای و ترکیبات تیوفنی و مشتقات آن و سایر ترکیبات گوگردی که تا کنون کشف نشده اند ترکیبات سنگین گوگردی در برش های سنگین و برش باقیمانده یافت می شود [1۳]. توزیع گوگرد موجود در یک نمونه برش نفتی سبک،در جدول ۲-2 آورده شده است.

جدول ‏2-2توزیع گوگرد موجود درنمونه برش نفتی نفت سبک [13].
برش
بنزین
بنزین سنگین
نفت سفید(کرسن)
باقیمانده
گازوئیل
بازه دمایی (C°)
۷۰-20
۱۸۰-۷۰
۲۶۰-۱۸۰
260-370
>370
چگالی ویژه (d415)
6480/0
7410/0
8010/0
8560/0
9570/0
متوسط جرم مولکولی
۷۵
۱۷۷
۱۷۵
255
40
درصد وزنی کل گوگرد موجود
032/0
20/0
44/1
17/3
80/1
تعداد مولهای گوگردی به تعداد کل مول ها
1800/1
855/1
90/1
9/1
2-5/1
2-17 شیرین سازی بوسیله بسترهای جامد
استفاده از جامدات برای شیرین سازی گاز بر پایه جذب گاز اسیدی بر روی سطح عامل شیرین ساز گاز و یا واکنش اجزاء بر روی سطح میباشد این نوع از فرآیندها استفاده زیادی برای شیرین سازی مایعات ندارند ولی دارای امتیازات زیادی بوده که مورد توجه واقع شده اند [14].
استفاده از بستر جامد معمولاً برای شیرین سازی گازی که دارای سولفید هیدروژن و مرکاپتان های پائین و متوسط باشند، بهترین فرآیند می باشد این فرآیندها قابلیت انتخابی داشته و در حالت معمولی مقدار زیادی CO2 را جذب نمی کنند، بنابراین HS جذب شده از فرآیند دارای خلوص بالایی می باشد. در این فرآینده فشار اثر چندانی ندارد [14].
از انواع فرآیندهای بستر جامد می توان از فرآیند اکسید آهن (SPONGE) و جذب با غربال مولکولی نام برد.
2-17-1 انواع غربال های مولکولی
این جاذب ها کریستال های متخلخل آلومنیوسیلیکاتی هستند که ساختمان اسکلتی آن ها از مجموعه ای از چهار وجهی های SiO4 و AlO4 تشکیل شده است که با ترتیب منظمی با شرکت اتم های اکسیژن به هم متصل شده اند. اتصال این اجزاء به این نحو یک شبکه حفره ای را بوجود آورده است که اندازه این حضرات در حد ابعاد مولکول ها است. از آنجا که حفره ها با تشکیل شبکه منظم کریستالی بوجود می آید، ابعاد حفره ها یکسان و یکنواخت بوده و زئولیت ها منحنی توزیع اندازه حفره ندارند به عبارت دیگر تخلخل در آن ها یکنواخت است. در ساختمان زئولیت ها در دهانه حفره ها تعدادی کاتیون از انواع کاتیون های قلیایی خاکی یا خاک های کمیاب وجود دارد که بر روی خواص جذبی زئولیت موثر است. زئولیت ها از نظر منبع تولید به دو دسته تقسیم می شوند [14]:
1. زئولیت های طبیعی
2. زئولیت های سنتزی
زئولیت های سنتزی دارای درجه خلوص بالا هستند و در صنایع کاربردهای وسیعی دارند تقسیم بندی زئولیت ها بصورت زیر است :
1. بر حسب نسبت وزنی Si/AL
ا . زئولیتهای نوع A که دارای نسبت وزنی کمی می باشند (۱ تا ۰/۹)
ب . زئولیتهای X و Y از نوع Faujasite که دارای نسبت وزنی متوسط می باشند( یک تا سه ).
ت . زئولیت های از نوع Pentasil (سیلیکالیت و ZSM ) یک نسبت وزنی بالایی دارند (۱۰ تاꝏ) [14].
هر چه نسبت Si/AI در زئولیت کمتر باشد میل جذب مواد قطبی مانند آب و آمونیاک در آن ها افزایش می یابد. بطوریکه همین میل جذب شدید باعث کاهش ظرفیت زئولیت برای جذب مواد دیگر می شود. بطور کلی زئولیت ها به دلیل قطبی بودن ترکیباتشان نسبت به مواد دیگر میل ترکیبی بیشتری نشان می دهند و این میل جذب با افزایش درصد آلومینیوم بیشتر می شود [14].
2. از نظر قطر حفره ها
ا . زئولیت های نوع A که دارای حفره های کوچکی هستند و حداکثر قطر آزاد حفره در آن ها ۳و ۴ آنگستروم است. این زئولیت ها خود بر حسب نوع کاتیونی که همراه دارند سه نوع هستند:
ب . زئولیت 5A یا :CaA که دارای کاتیون Ca++ و قطر آزاد حفره در آن ها ۳ و ۴ آنگستروم است.
ت . زئولیت 4A یا :NaA که دارای کاتیون Na+ و قطر آزاد حفره در آن ۳ و ۸ آنگستروم است.
ث . زئولیت 3Aیا KA :که دارای کاتیون K و قطر آزاد حفره در آن سه آنگستروم است.
ج . زئولیت ZSM یا سیلیکالیت : که دارای حفره متوسط بوده و حداکثر قطر آزاد حفره در آنها ۳ و ۶ آنگستروم است
ح . زئولیت های نوع فاجاسیت (Foujasite) که دارای حفره های بزرگ بوده و حداکثر قطر آزاد آن ها ۱ و ۸ آنگستروم است این زئولیت ها خود برحسب نسبت Si/AL به دو دسته تقسیم می شوند:
زئولیت های X: که با نسبت وزنی Si/AL معادل (۱ تا 5/1) می باشد.
زئولیت های :Y که با نسبت وزنی SAL معادل (۱/۵ تا ۳) میباشد [14].
3. از نظر جهت گیری و ابعاد کانال ها
ا . با کانال های یک بعدی ابعاد کانال ها در این نوع در یک جهت بوده و باهم موازیند و به هم برخوردی ندارند مانند mordenite.
ب . با کانال های دو بعدی ابعاد کانال ها در این نوع در دو جهت از فضا بوده و به یکدیگر برخورد می کنند. مانند 5-ZSM.
ت . با کانال های سه بعدی ابعاد کانال ها در این نوع در سه جهت فضایی بوده و در یک نقطه بـه هـم بـرخـورد می کنند. مانند نوع A.

شکل ‏2 -9ساختار زئولیت نوع A[14].

شکل ‏2 -10ا نوع ساختار زئولیت [14].
اندازه دقیق حفره ها و توزیع آن ها نوع غربال مولکولی (کریستال ) را مشخص میکند.) این کریستال ها بنام غربال مولکولی معروف هستند16 ).
غربال های مولکولی نسبت به جاذب های جامد دیگر دارای سطح بیشتری می باشند و نیز دارای بارهای قطبی می باشند. که این بارها باعث می شوند که اجزاء و مواد قطبی را به خوبی و با ظرفیت بالا جذب کنند همچنین میتوان نتیجه گرفت که این مواد دارای ظرفیت جذب بالاتری نسبت به جاذب های دیگر هستند از دیگر مزایای غربال های مولکولی میتوان به حالت هایی که غلظت دارای محدوده کمی می باشد اشاره کرد [14].
2-18 استفاده از غربال های مولکولی برای شیرین سازی و مقایسه بین آن ها
غربال مولکولی برای گرفتن مرکاپتان ها از گاز طبیعی تا حدود(0.05 grain )/(100 scf) در یک سیستم که بیش از دو بستر ندارد، استفاده میشوند؛ آنها ظرفیت جذب و عمر مفید خوبی دارند قیمت کلی و هزینه عملیات آنها مقداری بیش از یک فرآیند آبگیر می باشد [14].
مهمترین استفاده ای که از غربال مولکولی می شود گرفتن H2S از گاز طبیعی است. اولین بار در سال ۱۹۵۸ Union Carbide Corp's Lind Division شروع به جمع آوری اطلاعات در مورد گرفتن گوگرد و دیگر ترکیبات آن از گاز طبیعی کرد. تا سال ۱۹۶۵ حدود ۴ واحد در ایالت متحده کار میکرد که بعضی از آن ها بیش از ۴ سال میتوانند کار کنند. با داشتن تجربه و اطلاعات می توان یک طراحی ساده تر و با تکنولژی کامل تری ارائه کرد. هنگامیکه هدف از انجام عملیات شیرین سازی حذف مرکاپتان ها بطور اعم باشد بیشتر فرآیندهای موجود از جمله آمین ها نمی توانند ترکیبات گوگردی را جدا کنند [14].
ترکیبات گوگردی دارای جرم مولکولی متفاوتی می باشند مثل سولفیدها، دی سولفیدها تیوفن ها و بیشتر شکل های سولفور آلی و حتی سولفور عنصری هم وجود دارند جدا کردن مرکاپتان ها از گاز طبیعی برای رسیدن به یک مقدار مشخص بسیار ضروری است. تمام ترکیبات گوگردی می بایست از گاز طبیعی جدا شوند زیرا بعضی از آن ها به سادگی به مرکاپتان ها تبدیل می شوند. از آنجا که در بیشتر حالت ها گاز برای خوراک یک واحد دیگر استفاده میشود مثل واحد تولید آمونیاک به جهت مضر بودن ترکیبات گوگردی برای واحد لازم است که هرگونه ترکیبات گوگردی از گاز حذف شود [14].
2-18-1 جذب مرکاپتان ها
ترکیبات گوگردی دارای نقطه جوش بالاتر و قطبیت بیشتری نسبت به اجزای دیگر گاز هستند بنابراین همه جاذب ها دارای یک قابلیت انتخاب برای جذب گوگرد و ترکیبات گوگردیند.
قابلیت انتخاب غربال های مولکولی برای مواد قطبی نتیجه می دهد که ظرفیت آن ها برای جذب ترکیبات گوگرد حدود هشت برابر کرین فعال و ده تا بیست برابر نوع ژل است. دو نوع غربال مولکولی 5A و 13X نشان داده اند که بهترین جاذب از لحاظ ظرفیت جذب میباشند آزمایش های ابتدایی نشان میدهند که نوع 13X جاذب بهتری است [14].
اما نوع 13X میتواند این مقدار را به کمتر (0.5 grain )/(100 scf) نوع 5A نمیتواند ترکیبات سولفور (H2S) را به کمتر از (0.05 grain )/(100 scf) برساند. از مطالب فوق میتوان نتیجه گرفت که ترکیباتی که دارای مولکول های بزرگ هستند به وسیله ی 5A جذب می شوند ولی نوع 13X نمی تواند آن ها را جذب کند ولی در حالت کلی بیشتر از نوع 13 برای حذف ترکیبات گوگردی استفاده می کنند [14].
2-18-2 ظرفیت و بازده بستر
Fails و Harris بر روی انواع غربال های مولکولی برای ظرفیت جذب و بازده H2S آزمایشاتی انجام داده اند شکل های زیر خواص جالبی از غربال مولکولی را نشان می دهند.

شکل ‏2 -11 ظرفیت جذب با غربال مولکولی در دمای 25 درجه سانتی گراد [14].

ظرفیت جذب H2S در حالت خالص به مقدار 0.15 پوند H2S به هر پوند غربال مولکولی می رسد. جذب H2S در مخلوط کمتر از حالتی است که H2S بصورت خالص جذب می شود [14].
ظرفیت جذب غربال مولکولی برای H2S با کاهش دما افزایش می یابد در طراحی سعی بر آن است که دما پایین ترین دما باشد در این شکل همچنین اثر نسبت CO2 به H2S نشان داده شده است که هرچه (CO_2)/(H_2 O) بیشتر باشد ظرفیت جذب را کمتر می.کند. از طرفی هرچه درصد H2S در مخلوط بیشتر باشد ظرفیت جذب افزایش پیدا می کند [14].

شکل ‏2 -12 اثر دما بر روی ظرفیت جذب در فشار اتمسفری [14].
اثر زمان را بر روی ظرفت جذب نشان میدهد که بعد از ۱۷۰ دقیقه زمان برخورد اثری بر روی ظرفیت جذب نخواهد کرد.

شکل ‏2 -13 اثر دما بروی جذب در فشار اتمسفری [14].

شکل ‏2 -14اثر زمان تماس بر روی ظرفیت جذب در فشار اتمسفری [14].

2-18-3 فرآیند حذف مرکاپتان ها
غربال های مولکولی برای حذف ترکیبات گوگردی مثل مرکاپتان ها از گاز طبیعی استفاده می شوند. برای طراحی یک واحد می بایست ملاحظات دقیقی در نظر گرفته شود مخصوصاً در مورد خوراک گازی که میخواهد شیرین شود شکل ۱5-۲، فرآیندی را نشان می دهد که نتیجه رضایت بخشی داده است. در اینجا هر دو بستر را برای اینکه افت فشار کمتری صورت گیرد بصورت افقی قرار می دهند و طول بستر طوری تعیین شده است که منطقه جذب بصورت کامل باشد [14].

شکل ‏2 -15 فرآیندی برای جدا کردن مرکاپتان ها [14].

یک عیب ابتدایی برای فرآیند غربال مولکولی اینست که کار کردن بصورت نا پیوسته نسبت به استفاده از یک سیکل
کوتاه مدت با ۲ ۳ یا ۴ برج برای مراحل جذب دفع سرد کردن غلبه کرده و بهتر میباشد فرآیند EFCO و (Engineers and Fabricators Company).

شکل ‏2 -16 فرایند شیرین سازی EFCO [14].

در بعضی از فرآیندها جهت احیاء بستر از مقداری گاز شیرین شده استفاده می کنند و آنگاه پس از انجام عمل احیاء و گوگرد زدایی بستر این گاز سوزانده می شود و در برخی فرآیندها از هوا برای احیاء بستر استفاده می شود. در این فرآیند مقداری از گاز شیرین که این کار را انجام می دهد دوباره به سیستم و خوراک ورودی برگردانده می شود. در این فرآیند گاز طبیعی ابتدا وارد یک تفکیک کننده می شود و سپس از فیلتر گذرانده می شود. گاز بعد از آن از بالا وارد برج جذب می شود و پس از از آن عبور بصورت محصول گاز شیرین خارج می گردد مقداری از این گاز شیرین باید صرف احیاء برجی که اشباع شده است بشود. برای این منظور لازم است که ابتدا گرم شود جهت گرم کردن این گاز ابتدا آنرا از برجی که تازه احیاء شده و هنوز گرم است عبور میدهیم تا حرارت را از آن جذب کند و بعد آنرا از یک مبدل حرارتی (گاز-گاز) که حرارت گاز خروجی از بستر در حال احیاء را می گیرد عبور می دهیم و در پایان وارد یک گرمکن می شود تا دمای مطلوب را برای احیاء کردن بدست آورد. برای کنترل دما مقداری گاز مستقیماً از خروجی بستری که سرد می شود با گاز خروجی از مبدل مخلوط می کنند [14].
گاز بعد از آن وارد بستری که میخواهد احیاء شود شده و H2S و ترکیبات گوگردی را از بستر می گیرد. گازی که بستر را احیاء کرده است وارد مبدل حرارتی (گاز-گاز) شده و پس از آنکه مقداری حرارت از دست داد وارد کولر می شود. گاز اگر دارای مایعاتی باشد بعد از عبور از کولر وارد یک تفکیک کننده می شود و پس از آن گاز وارد برج جذب شده و با استفاده از حلال آب که بصورت گردشی می باشد 90% H2S گاز را می گیرد و پس از آن گاز به ورودی واحد زده می شود [14].
2-19 حذف H2S از گاز طبیعی به وسیله Lo-cat (Fe3+ )
در روش شیرین سازی بوسیله Locat ، H2S از گاز گرفته شده و به گوگرد جامد تبدیل می.شود در این روش استفاده از محلول رقیق آب که یونهای آهن در آن وجود دارند H2S موجود در گاز را با واکنشی که با هم انجام می دهند، جذب می کند. این فرآیند نمیتواند CS2،COS، CO2 یا مرکاپتان ها را از گاز جدا کند ولی H2S را میتواند به هر مقداری که لازم باشد، کم کند [14].
در سال 1965 بوسیله Glasgow و Humph کاتالیست جدیدی برای این فرآیند به نام EDTA (ethylen-diamine tetra acetic acid) ساخته شد. این ماده بعلت نا پایداری ترکیبات ،آهنی زیاد اقتصادی .نبود از طرف دیگر استفاده از کاتالیست ها برای شیرین سازی دارای خواصی مانند غیر سمی ،بودن فعالیت بالا و قیمت پائین میباشد برای افزایش پایداری میتوان Polyhydroxylated sugar را به EDTA اضافه کرد [14].
در سال 1982 310 – ARI بدون اینکه هزینه زیادی را بکار برند فعالیت کاتالیست را افزایش دادند.در روش Lo-Cat غلظت CO2 تاثیری بر روی جذب H2S ندارد. این روشن بیشتر از نظر اینکه یک تبدیل را انجام میدهد. H2S S ) ) کار برد دارد. H2S گرفته شده بوسیله محلول به گوگرد تبدیل شده و به فروش می رسد و این یکی از مزیت های این روش می باشد. روش Lo-Cat کار برد زیادی برای شیرین سازی گاز دارد این روش ،ساده، ارزان و از نظر محیط زیست دارای صدای زیادی می باشد. این روش نسبتاً روش جدیدی برای گرفتن H2S از گاز می باشد روش Lo-Cat در فرآیندهای مختلفی در صنعت استفاده می شود تولید گاز طبیعی پالایش نفت،تولید سوخت، تصفیه فاضلاب، فرآیندهای شیمیایی و …). کاتالیست های با فعالیت بالا و غیر سمی دارای امتیاز بالاتری نسبت به کاتالیست های فرآیندهای قدیمی Takahax و Stretford می باشد [14].
2-20 فرآیند جذب با اکسید آهن
این فرایند در انگلیس در اواسط قرن ۱۹ ارائه شده و هنوز در کاربردهای مخصوصی به طور گسترده ای استفاده میشود. در این فرایند گازترش در تماس با اکسید آهن قرار میگیرد که نتیجه آن تشکیل سولفید آهن است وقتی اکسیژن (هوا) به سولفید آهن می رسد آن را به اکسید آهن و سولفور تبدیل می کند [15].

2Fe2O3 + 6H2S → 2Fe2O3 + 6H2O(4)
2Fe2S3+3O2 → 2Fe2O3 + 6S (5)

فرآیند اکسید آهن یکی از متداول ترین روشهای جذب بستر جامد می باشد. از این رو یکی از قدیمی ترین روش ها در شیرین سازی گاز نیز به شمار می رود [15].

شکل ‏2 -17 شماتیکی از اهن اسفنجی مورد استفاده در شیرین سازی گاز [15].
2-20-1 مقایسه روش Locat با روش Iron-Sponge
در مقایسه روش Lo-cat با روش IronSponge اگر فشار بالا باشد Lo-Cat بخوبی با هر مقدار H2S کار می کند. ولی در روش Iron-Spong یکی از روش های شیرین سازی گاز می باشد که از اواسط قرن ۱۹ از آن شروع به استفاده کردند و تا کنون نیز کاربردهای خاصی دارد. Iron-Spong مقدار گوگرد مهم می باشد برای مثال اگر فشار Psig 1000باشد مقدار H2S می بایست حدود ppm 200 باشد تا فرآیند اقتصادی باشد ولی با روش LO-Cat بخوبی آن را جدا می کنند [15].
در بعضی روش ها مقدار گازهای اسیدی را میسوزانند ولی در روش LO-Cat بجای آن تبدیل H2S به S قرار دارد و فرآیند را اقتصادی تر می کند. فرآیند LO-Cat اگر در فشار اتمسفری کار کند پمپ گردش کنترلر دما و … بکار نمی رود. در روش LO-Cat هوای خروجی و گاز شیرین شده دارای مقدار H2S کمتر از 5ppm می باشند در مقایسه با روش آمین، فرآیند LO-Cat بعنوان اینکه جایگزین روش شیرین سازی با آمین ها شود پیشنهاد نمی شود یکی از دلایل آن استفاده از محلول جاذب زیادتری نسبت به آمین می باشد [15].
2-21 فرایند جذب سطحی با اکسید روی
فرایند اکسید روی برای جدا کردن H2S از جریان گاز مورد استفاده قرار می گیرد. تکه های اکسید روی به شکل استوانه های شکل داده شده با قطر mm ۳۴ و طول mm ۴-۸ است. این شکل و اندازه ها اندازه گیری دقیقی از افت فشار را برای طراحی راکتور ،آن به ما می دهد [16].
واکنش کلی این فرایند به شکل زیر ا است :
ZnO + H2S → ZnS + H2O (6)

با افزایش دما (۴۰۰۰) اکسید روی نرخ واکنش سریعتری پیدا میکند به همین خاطر با به وجود آمدن منطقه های کوچک انتقال ،جرم مقدار کمی از برج بدون استفاده میماند و بازده بهبود پیدا می کند. در دمای عملیاتی، جاذب اکسید روی بالاترین بارگذاری گوگرد را تا اندازه 0.3-0.4kgS/kg را دارد. در پلنت های بزرگ صنعتی این فرایند به بالاترین درجه های بازدهی می رسد و همچنین بستر مصرف شده اکسید روی برای بازیابی گوگرد و فلز مورد استفاده قرار می گیرد البته به طور کلی فرایندهای اکسید فلزات در مقیاس های کوچک مورد استفاده قرار می گیرد [16].
2-22 فرآیندهای جذب سطحی سیکلی
این جاذب ها کریستال های متخلخل آلومنیوسیلیکاتی هستند که ساختمان اسکلتی آن ها از مجموعه ای از چهاروجهی های SiO4 و AlO4 تشکیل شده است که با ترتیب منظمی با شرکت اتم های اکسیژن به هم متصل شده اند اتصال این اجزاء به این نحو یک شبکه حفره ای را به وجود آورده است که اندازه این حفرات در حد ابعاد مولکول هاست. از آنجا که حفره ها با تشکیل شبکه منظم کریستالی به وجود می آید ابعاد حفره ها یکسان و یکنواخت است [16].
زئولیت ها را از چند نظر میتوان تقسیم بندی کرد
1. سب نسبت وزنی Si/Al
2. از نظر قطر حفره ها
3. از نظر جهت گیری و ابعاد کانال ها
استفاده از غربال های مولکولی برای شیرین سازی
اساس فرآیندهای جذب سطحی سیکلی، جذب سطحی انتخاب یک یا چند جزء مخلوط گاز بر روی جاذب زئولیتی است. بر مبنای روشی که برای احیاء جاذب مورد استفاده قرار می گیرد، این فرآیندها به دو دسته تقسیم می شوند که عبارتنداز: احیاء با کاهش فشار کل با جزئی17 و احیاء با افزایش دما18 است.[17]. روش به کار رفته جذب سطحی متغیر
با دما (TSAT19 ) با جذبی در دمای ۲۰-۶۰ درجه سانتی گراد و دفعی در دمای ۲۰۰- ۳۵۰ درجه سانتی گراد می باشد. موثرترین جاذب های مرکاپتان زئولیت های ارتقاء یافته با فلز و کربن فعال هستند کربن های فعال در مقایسه با زئولیت ها ظرفیت جذب بالایی دارند اما نسبت به فرآیند احیاء بسیار حساس می باشند که در مقابل زئولیت ها به طور موثر در برابر آن مقاومت می کنند. از طرف دیگر اکثر مطالعات جذب سطحی درباره زئولیت ها به بررسی اتیل مرکاپتان ها می پردازد. مطالعه اختصاصی راجع به جذب متیل مرکاپتان فرار در تغذیه متان صورت نگرفته است. در مورد سیستم های هیچ CH3SH/NaX برای توصیف فرآیند جذب CH3SH از NaX از ترموگراوی متر استفاده می شود[17].
هنگامی که درجه خلوص بسیار بالا برای گاز در نظر گرفته شود، فرآیندهای جذب سطحی مناسب هستند. جاذب های سطحی معمولاً برای عملیاتی که نیاز به گردش پیوسته آن ها است مناسب نیستند زیرا مسائل مکانیکی در پی خواهد داشت و از نظر ساییدگی خطرپذیری زیادی دارند. به همین دلیل، جاذب ها معمولاً در بسترهای ثابت و با دوره های عمل کرد تناوبی به کار میروند واحدهای جذب سطحی مشابه تاسیسات بستر ثابت طراحی می شوند و معمولاً دارای دو یا سه بستر هستند. عملیات واحدهای جذب سطحی ساده است ولی طراحی آن ها پیچیده است.[17] در این روش از یک فاز جامد که دارای سطح وسیعی برای جذب سازنده ها است، استفاده می شود. این جامد دارای ساختار متخلخل میکرونی، قدرت جذب انتخابی و سطح ویژه خیلی وسیع است. به عنوان مثال میتوان به آلومینای ،فعال سیلیکاژل، کربن فعال و زئولیت ها اشاره کرد. برای رسیدن به درجه خلوص بالای گازی که فرآوری شده معمولاً از این روش استفاده می شود اما برای عملیات پیوسته به دلیل ساییدگی بالایی که ایجاد می نماید، نامناسب هستند. این جاذب ها در بستر ثابت با دوره عمل کرد تناوبی به کار میروند که یک بستر عمل جذب و دیگری عمل دفع را انجام می دهد. دفع به یکی از روش های زیر صورت می پذیرد:
1. کاهش فشار حتی تا حد خلاء
2. عبور گاز خنثی از بستر
3. روبیدن بستر به وسیله عوامل جایگزین شونده
4. گرمایش بستر [17].
ضعف استفاده از فرآیندهای جذب سطحی
ضعف عمده استفاده از این گروه از فرآیندها این است که عملیات بازیافت جاذب های سطحی به وسیله صرف انرژی حرارتی زیادی صورت می گیرد [17].
تشریح فرآیند جذب سطحی مرکاپتان در پالایشگاه گاز فاز یک پارس جنوبی
این فرآیند دارای ۶ بستر ساکن حاوی جاذب زئولیت 13X برای حذف مرکاپتان ها است. در هر زمان ۳ بستر در حال جذب سطحی و ۳ بستر در حالت احیاء هستند. مدت زمان هر سیکل ۳۶ ساعت است و هر سیکل از ۶ مرحله تشکیل شده است. مرحله اول مرحله جذب سطحی است که در آن به مدت ۱۸ ساعت گاز ورودی با عبور از بستر خالص سازی می شود. پس از این مرحله و اشباع شدن جاذب، ابتدا به مدت ۳۰ دقیقه فشار داخل برج کاهش داده می شود و سپس مرحله اول گرمایش به مدت ۶ ساعت در دمای حدود ۱۸۰ درجه سانتی گراد مرحله اول احیا بر روی بستر انجام می شود. در مرحله دوم گرمایش نیز به مدت ۶ ساعت بستر در دمای ۲۹۰ درجه سانتی گراد دومین مرحله احیاء را پشت سر گذاشته تا کلیه مواد جذب شده بر روی جاذب از آن خارج شود. به منظور برگرداندن شرایط برج به شرایط عملیاتی حالت جذب، ابتدا در یک مرحله خنک کردن به مدت ۴ ساعت دمای آن کاهش داده می شود و سپس در یک مرحله ۳۰ دقیقه ای فشار آن بازیابی می شود. هر برج به مدت ۱ ساعت نیز در حالت انتظار قرار دارد گازی که برای گرم و سرد کردن بستر استفاده می شود، در واقع حدود %۱ از جریان محصول خالص شده مرحله جذب است که ابتدا در یک مبدل سرد شده و وارد برج در مرحله خنک کردن می شود، پس از آن وارد کوره می شود و به برج در مرحله دوم گرمایش می رود و در نهایت پس از تنظیم دما به برج در مرحله اول گرمایش می رود و از سیستم خارج می شود. جریان گاز در کلیه مراحل احیاء به صورت مختلف الجهت است [17].

شکل ‏2 -18 ساختار سیلیکاژل [17].

شکل ‏2 -19 سیلیکاژل ابی،سفید و نارنجی [17].

شکل ‏2 -20 الومینا سیلیکات [17].

فصل 3
نتیجه گیری و پیشنهادات
3-1 نتیجه گیری
شیرین سازی گاز طبیعی یکی از فرآیندهای اصلی فرآوری گاز است و فرآیندهای زیادی به این منظور در جهان موجود است. هر کدام از روش های شیرین سازی برتری ها و کاستی هایی دارند که به صورت خلاصه در آورده شده است. گستره فرآیندهای مناسب شیرین سازی گاز طبیعی بر پایه غلظت خوراک و فرآورده تعیین میگردد . همان گونه که از این شکل بر می آید در غلظت های بالای گازهای اسیدی در خوراک بیش از( ۱۰٪) و هنگامی که غلظت آلاینده در فرآورده چندان کم (کمتر از ۱۰) نباشد، فرآیندهای شیرین سازی غشایی گزینه های مناسبی هستند. اگر با همین خوراک هدف کاهش غلظت گاز اسیدی در جریان پالوده به کمتر از ۱ باشد، زدودن توده گاز اسیدی با فرآیند غشایی انجام می شود و بازمانده آن تا استاندارد دلخواه حتی (تا ppm) با جذب بر آمین ها انجام می شود. برای استانداردهای سخت گیرانه اندازه گاز اسیدی همراه گاز طبیعی و به عنوان فرآیند پایانی پالایش غربالگرهای مولکولی گزینه مناسب هستند. در برخی از این ناحیه های غلظتی خوراک و جریان ،پالوده فرآیندهای گوناگون از دیدگاه توانایی جداسازی یارای رقابت دارند و باید از دیدگاه های دیگر مانند مقایسه اقتصادی آن ها را با هم مقایسه کرد.
اما تقریباً جذب سطحی آسان ترین راه برای شیرین سازی و مرکاپتان زدایی از گاز طبیعی می باشد. با استفاده از این روش (جذب سطحی) میزان جداسازی مرکاپتان زیاد می شود. همچنین این روش در دمای بالا قابل استفاده می باشد و با بالا رفتن دما گرمایش غلظت مرکاپتان خارج شده میزان اندکی کاهش پیدا می کند. در مرکاپتان زدایی به روش جذب سطحی میتوان از گاز بطور آب را نیز جداسازی کرد. در جذب سطحی به وسیله ، همزمان این مواد به عنوان کاتالیزورهای کاربردی در ، زئولیت ها جداسازی مرکاپتان استفاده می شوند. فعالیت کاتالیزی زئولیت ها اساساً به خاصیت بازی و قلیایی سطحی آن ها بستگی دارد. در حقیقت هر چه خاصیت بازی و قلیایی برای زئولیت بیشتر باشد کاتالیزورهای بهتری هستند رسیدن به درجه خلوص بالای گازی که فرآوری شده معمولاً از این روش استفاده می شود اما برای عملیات پیوسته به دلیل ساییدگی بالایی که ایجاد می نماید، نامناسب است. این جاذب ها در بستر ثابت با دوره عمل کرد تناوبی بکار میروند.
جدول ‏3 -1 مقایسه روش های جذب هیدروژن سولفید

3-2 پیشنهادات
1. بررسی جذب سطحی توسط نانو لوله ها
2. بررسی جاذب های طبیعی
3. بهترین روش احیای این جاذب ها

مراجع
[1] Iran Energy Data; Statistics and Analysis, Oil & Gas, 1-14 (2010).
[2] www.Naturalgas.Org.
[3] S. Mokhatab and W. Poe, Handbook of natural gas transmission and processing, 2nd ed. Amsterdam: Gulf Professional Publishing, 2012.
[4] A. Kohl and R. Nielsen, Gas purification, 5th ed. Houston, Tex.: Gulf Publishing, 1997.
[5] D. Engel, S. Williams and A. Heinen, "Oil & gas: Activated carbon impact on MDEA amine solutions," Filtration + Separation, vol. 52, no. 5, pp. 38-42, 2015.
[6] De Wild, P., Removal of sulphur-containing odorants from fuel gases for fuel cell based combined heat and power applications, Journal of power sources, Vol. 159, No. 2, pp. 9951004, 2006.
[7] دکتر سیروس ،نوری پتروشیمی و تکنولوژی ،آن جهاد دانشگاهی ارومیه ١٣٨٦.
[8] دکتر سیروس ،نوری واکنشگاه ها جهاد دانشگاهی ارومیه، ۱۳۸۹.
[9] ل.رحیمی، ش.نصیری، ا.احمدی ، ه.جعفری زاده مالمیری، جاذب های طبیعی بدست آمده از پوست میوه جات اهمیت و انواع آن ها،پنجمین همایش ملی دانش و فناوری،1399.
[10] S.Nouri, Asian Journal Chemistry, 14 (2002) 934-942.
[11] Yang R.T., Adsorbents: fundamentals and applications, John wiley&Sons Inc., 2003.
[12] ف.حدادی اسفهلا، بررسی مقادیر کم آبی رنگزای موردانت آبی ۷۹ و زرد بازی ۲ از آب های آلوده شده به رنگ های مذکور توسط کربن فعال گرانول صنعتی با استفاده از سیستم اندازه گیری پیوسته، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشکده شیمی دانشگاه تبریز، ١٣٨٦.
[13]Wauquier, J.-P., Petroleum Refining (Editions OPHRYS), Volume 1, Process Flowsheets, 1995.
[14] Thomas, T.L. and clark, E.L.. processing of 46th Annual NGPSA meeting (1967).
[15] Kohl, A. L., & Nielsen, R., "Gas purification", 1997, Gulf Professional Publishing.
[16] Maddox, R. N. (1982). Gas Conditioning and Processing: Volume 4: Gas and Liquid Sweetening. Campbell Petroleum Series
[17] Ryzhikov, A. and Hulea, V. and Tichit, D. and Leroi, C. and Anglerot, D. and Coq, B. and Trens, P.,2011, Methyl mercaptan and carbonyl sulfide traces removal through adsorption and catalysis on zeolites and layered double hydroxides. 218-224.

1 Condensate gas
2 Natural gasoline
3 Battoms
4 DEA
5 MEA
6 TEA
7 MDEA
8 Kohel
9 Selexol
10 Rectisol
11 Purisol
12 Flour
13 Internal Reflectance Spectroscopy
14 point of zero charge
15 H.Freundlich
16 به وسیله .Lind Division of union carbide corporation and the Davison chemical co. Division of W.R. grace and co نامگذاری شده اند.
17 Pressure Swing Adsorption or Vacuum Swing Adsorptio
18 Temperature Swing Adsorption
19 Temperature Surface Adsorption

————————————————————

—————

————————————————————

ذ

3

3

16