فرآیندهای زیادی در جهت تولید گوگرد از سولفید هیدروژن (H2S ) به کار برده می شوند . در برخی از این فرآیندها هدف تولید گوگرد بوده و در بعضی دیگر بازیافت H2S از یک جریان گاز همراه با تولید گوگرد مد نظر است . معمولاً فرآیندهای موجود در دو دسته تقسیم بندی می شوند :
- فرآیندهای جذب مایع- اکسیداسیون ( Liquid Absorption - Oxidation )
- فرآیندهای اکسیداسیون مستقیم ( Direct Oxidation )
فرآیندهایی که در این فصل به توصیف آنها پرداخته می شود ، صرفاً در جهت شیرین سازی گاز مورد استفاده قرار می گیرند. از طرفی در حال حاضر تعداد کمی از این روشها استفاده می شوند.
فرآیندهای مایع معمولاً بر پایه استفاده از یک اکسیدانت (Oxidant) یا کاتالیست در فاز مایع برای تماس با گاز حاوی H2S می باشد. تعدادی از این ترکیبات که معمولاً استفاده می شوند شامل پلی تیونات ها ، کمپلکس های سیانید آهن ، اکسید آهن ، کاتالیست های آلی (Organic Catalysts) ، تیوارسنات ها و پر منگنات پتاسیم یا دی کرومات پتاسیم و یا دی کرومات سدیم می باشند. تمامی موارد ذکر شده قابل احیا بوده و تنها پرمنگنات ها و دی کروماتها و در فرآیندهای غیر قابل احیاء مورد استفاده قرار گرفته و بنابراین بسیار گران هستند.
فرآیندهای زیادی بر پایه مصرف سوسپانسیون اکسید آهن توسعه یافته اند که در اساس کار همانند یکدیگر بوده و شیمی آنها مشابه است. اساس کار واکنش H2S با یک ترکیب قلیایی (معمولاً کربنات سدیم یا آمونیاک) است که بعد از آن اکسید آهن با هیدروسولفید واکنش خواهد داد. کار احیا با دمیدن هوا به محلول جهت تبدیل سولفید آهن به گوگرد عنصری و اکسید آهن انجام خواهدگرفت .
Reaction : H2S + Na2 Co3 à NaHS + NaHCO3
Fe2 O3, 3H2O + 3NaHS + 3NaHCO3 à Fe2 S3, 3H2O + Na2CO3 + 3H2O
Regeneration: 2Fe2 S3, 3H2O + 3O2 à 2Fe2 O3, 3H2O + 6S
واکنش های جانبی باعث تولید ترکیبات نامناسب گوگرد خواهند شد . برای مثال تشکیل تیوسولفاتها که گریزی از آن نیست به صورت واکنش زیر بوجود می آیند:
با کنترل دما و شرایط واکنش می توان تا حدود زیادی hc تولید تیوسولفاتها ولی در عمل نمی توان آنها را حذف نمود.Na2S + 3/2 O2 + S à Na2 S2 O32NaHS + 2O2 à Na2 S2 O3 + H2O
فرآیند پروکس PEROX ) ( :
در اواخر دهه 1940 فرآیند پروکس در آلمان برای خالص سازی گاز زغال سنگ توسعه یافت. فرآیند شامل جذب H2S در محلول آبی آمونیاک حاوی 0.3درصد از کاتالیست اکسیداسیون آلی نظیر Hydroquinone بفرمول C6 H4(OH)2 است. در این روش گاز ترش ابتدا از کولر عبور کرده وسپس به طرز غیر همسو با محلول پروکس در برج تماس مواجه می شود. محلول پروکس با دمیدن هوا در ظرف اکسیداسیون ، احیاء می شود. از تجمع زیاد تیوسولفاتها و واکنشهای جانبی دیگر با خارج سازی قسمتی از محلول جلوگیری می شود. این روش برای خالص سازی گاز به میزان 0.06 gram H2S / 100 SCF می باشد.
فرآیند گیلمارکو – وتروکوک ( GILMMARCO-VETROCOKE ) :
از این روش برای بازیابی CO2 و H2S استفاده می شود. بازیافت H2S بر پایه جذب آن در محلول قلیایی آرسنیت (Arsenites) و آرسنات (Arsenates) است. واکنش های بعدی گوگرد را تولید خواهد نمود. آرسنیت و آرسنات در محلول کربنات پتاسیم حل شده و بعنوان فعال کننده استفاده می شوند. سینتیک فرآیند پیچیده است ، اما می توان به صورت زیر نشان داد :
)Absorptio جذب ( : KH2 ASO3 + H2S à KH2 AS2 S3 + 3H2O
)Digestion هضم (: KH2AS S3 +3KH2 ASO 4 à 3KH2ASO3S + KH2ASO3
)Acidificati اسیدیفیکاسیون ( : 3KH2 AS O3 S à 3KH2 AS O3 + 3S
)Oxidationاکسیداسیون ( : 6KH2 ASO3 + 3O2 à 6KH2ASO4
می توان با تغییر شرایط ، جذب انتخابی یا همزمان CO2 و H2S را به وجود آورد. محلول غنی (RICH) خارج شده از پایین برج وارد هضم کننده (Digester) که یک مخزن کوچک است ، میشود. این مخزن زمان لازم برای واکنش را به وجود می آورد. (وواکنش نسبتاً کند است.) سپس محلول غنی وارد کولر شده وبعد به ظرف اسیدی کردن وارد میشود. در این مخزن محلول با CO2 تماس پیدا می کند. این CO2 از فرآیند جداسازی CO2 توسط روش G.V بدست می آید. گوگرد و محلول از پایین ظرف اسیدی کردن عبور نموده و وارد برج احیاء می شود.
فرآیند فروکس ( FERROX ) :
این فرآیند توسط شرکت Koppers.co. طراحی گردیده که در آن از محلول شیرین سازی شامل 3 % کربنات سدیم و 0.5 % اکسید آهن استفاده می شود. این محلول از بالای برج جذب به طور غیر هم جهت با گاز ترش روبه رو می شود . محلول مصرف شده که از پایین برج جذب خارج می شود ، وارد محفظه دمنده هوا (Areator) شده و محلول توسط هوا به گوگرد و اکسید آهن تبدیل می گردد . دوغاب slurry گوگرد از قسمت بالای مخزن دمنده هوا بازیابی می شود. محلول بایابی شده پس از گذر از یک مبدل حرارتی (جهت پیش گرم شدن) مجدداً به برج جذب برمی گردد. مخزن دمنده هوا (Areator) یا Thionizer معمولاً ظرفی بلند و کم عمق با ظرفیت بیشتری نسبت به محاسبات تئوری به علت ضعیف بودن تماس می باشد . مقدار بازیابی گوگرد توسط چرخش اکسیدآهن (هیدروکسید) افزایش خواهد یافت. معمولاً تا 85 % بازیابی H2S در این روش گزارش شده است. اگر بازیابی بیشتری مد نظر باشد ، می توان از دو واحد جذب استفاده نمود. دوغاب گوگرد تولیدی از مخزن دمنده هوا به فیلتر فرستاده می شود.گوگرد تولیدی از این فیلترها شامل % 40 گوگرد عنصری وحدود % 40 (گاهی 20-10 درصد ) هیدروکسید آهن یا کربنات سدیم است . به همین دلیل گوگرد تولیدی توسط فرآیند فروکس معمولاً مناسب نیست. از طرفی هزینه های تامین هرزرفت مواد شیمیایی نیز بالاست.
فرآیند گلود ( GLUD ) :
این فرآیند بسیار شبیه فرآیند فروکس بوده و در آلمان توسعه یافته است . اختلاف عمده در محلول رقیق کننده (کربنات آمونیوم) است که برای تهیه سوسپانسیون اکسید آهن به جای کربنات سدیم بکار گرفته می شود. این پروسه با بکارگیری برجهای احیاء کم عمق و افقی که از فرآیند قبلی بلندتر هستند ، احیاء محلول را انجام می دهد. استفاده از برجهای عمودی ممکن است هوای کمتری نیاز داشته باشد ، اما فشارهای بالاتری می خواهد .
فرآیند منچستر ( MANCHESTER ) :
فرآیند منچستر شکل اصلاح یافته پروسه فروکس است . اختلاف اصلی در استفاده از برجهای چندگانه شستشو با محلول تزریقی تازه به هر مرحله شستشو در فرآیند منچستر می باشد. در حالیکه در فرآیند فروکس فقط یک برج تماس بین محلول و گاز ترش وجود دارد. در فرآیند منجستر گاز ترش با محلولی از کربنات سدیم حاوی هیدروکسید آهن شستشو شده و در هر مرحله محلول کربنات تازه وارد می شود. تانک تاخیری ( Delay ) بین هر مرحله جذب و برج احیاء جهت زمان دادن برای ایجاد واکنش تعبیه شده است. این زمان اقامت ، واکنش بین سولفیدهای قلیایی و اکسید آهن را کامل می نماید ، محلول واکنش داده از پایین هر جذب کننده به برجهای احیاء فرستاده می شود که در این برجها با هوا جهت بازیابی مواجه می گردد. اکسیداسیون مناسب در برجهای جذب ضروری است و اگر این اتفاق نیفتد ، اکسیداسیون نامناسب تولید تیوسولفات سدیم می نماید که باعث مصرف بیشتر مواد شیمیایی خواهد شد. گوگرد تولیدی از این روش همان معایب روش فروکس را دارد .
به علت مشکلات جدی سیستم های اکسید آهن- بی کربنات سدیم ، انگلیسی ها از فرآیند دیگری که در آن یک ماده آلی حاوی اکسیژن وجود دارد ، سود جستند . یکی از این مواد متیلن بلو که حاوی اکسیژن است و در برج احیا مورد استفاده دارد ، می باشد . این فرآیند نیز مشکلات خاص خود از جمله دی متیلاسیون (Demethylation) متین بلو را داشته آن را بسیار نامحلول می گرداند . بنابراین استفاده از مواد آلی اکسیژن دار به فراموشی سپرده شد. در عوض کار روی توسعه و استفاده از محلولهای قلیایی نمکهای سدیم اسید دی سولفوریک آنتراکونیون (Anthraquinone) که از آنتراسن مشتق می شود و نوعی کتون با فرمول C14H8O2 می باشد ، ادامه یافت (A.D.A ). این فرآیند ، استرتفورداسید دی سولفونیک آنتراکونیون (STRETFORD A.D.A) نام دارد .
فرآیند Stretford A.D.A :
در این فرایند، از محلول قلیایی نمک سدیم حاوی اسید دی سولفونیک anthraquinione استفاده میشود و شامل 5 مرحله است:
1-جذب سولفید هیدروژن در محلول قلیایی
2 -احیای اسید دی سولفونیکanthraquinione با افزودن گوگرد از بی سولفید سدیم
3- آزاد سازی گوگرد از اسید دی سولفونیکanthraquinione احیاء شده در اثر واکنش متقابل با اکسیژن موجود
4-اکسیداسیون دوباره دی سولفونیک anthraquinione احیاء شده.
5- اکسیداسیون دوباره محلول قلیایی به جهت تامین اکسیژن موجود در مرحله 3.
تاخیر زمانی این روش 45 دقیقه جهت تکمیل احیای اسید دی سولفونیکanthraquinione می باشد که طولانی تر از تاخیر زمانی فرایندManchester است. این فرآیند بر خلاف فرآیند Manchester که مقداری از محلول در حال گردش خارج می شد،از یک واحد کربن زدایی بهره می برد.
مزایای فرآیند Stretford A.D.A عبارتند از:
1- بر خلاف فرآیند Manchester که مقداری از هیدروکسید آهن از دست می رفت ، در این روش از دست رفتن عامل نامحلول وجود ندارد
2- از آن جهت که در این فرآیند واکنشهای جذب در محلول انجام می پذیرد ، دلیلی جهت انسداد برجهای شستشو وجود ندارد .
3- با فیلتراسیونی ساده وشستشو ، گوگردی با کیفیت بالا تولید می شود
4- مشکلات ناشی از جداسازی ذرات جریانی که درروش قبل به وجود می آمد ، منتفی است.
دو نوع دیگر از تغییر و تصحیح فرآیند Stretford A.D.A، Holmes-Stretford وpeabody- Holmes-Stretford میباشند
فرآیند تیلوکس ( THYLOX ) :
در اواخر دهه 1920 توسط کمپانی KOPPERS این روش پایه گذاری شد و کاربرد وسیعی در خاص سازی و شیرین سازی همه نوع گازهای صنعتی پیدا نمود. در ایالات متحده واحدهای THYLOX در یک زمان برای شیرین سازی و پالایش گازها ساخته شدند. ترکیب فعال در این واکنش تیوآرسنات آمونیوم و یا سدیم است .
تیوآرسنات در محلول خنثی یا کمی قلیایی به گردش در می آید و هیدروژن سولفوره را به گوگرد عنصری با کمتر از0.5 درصد آرسنیک تبدیل می نماید . این گوگرد تولیدی برای استفاده های مختلفی مناسب می باشد و پروسه THYLOX بسیار پیچیده است . واکنش های انجام پذیرفته را می توان به
صورت زیر نشان داد :
(Absorption) جذب : Na4 AS2 S5 O2 + H2S à Na4AS2S6O + H2O
(Regeneration) احیا : Na4AS2S7 + 1/2 O2 à Na4 AS2 S6 O + S
واکنش های فوق شدت زیادی دارند و بیشترین واکنش ها تحت شرایط عملیاتی می باشند . وقتی گاز حاوی مقدار زیادی H2S باشد و یا زمان تماس زیادی نیاز باشد ، واکنشهای کندتری ممکن است بوجود آید :
جذب : Na4 AS2 S5 O2 + H2S à Na4 AS2 S7 + H2O
احیا : Na4 AS2 S7 + 1/2 O2 à Na4 AS2 S6 O + S
محلول در گردش بوسیله حلالیت دو مول کربنات سدیم و یک مول تری اکسید آرسنیک در آب تهیه می شود . اساس کار به صورت جریان غیر همسوی گاز ترش و محلول فعال می باشد . گاز شیرین از بالای برج جذب خارج می شود و محلول غنی از پایین برج جذب پس از گذشت از مبدل حرارتی و رسیدن دما به F ْ110 وارد برج احیاء Thionizer می شود . این محلول با دمیدن هوا به پایین برج احیاء بازیابی میشود و گوگرد آزاد شده در بالای مخزن شناور شده و برای فیلتراسیون از سطح جدا میگردد (skim) . بازیافت H2S توسط محلول THYLOX بازده زیادی درحد gram H2S / 100 SCF 0.2 دارد و اگر درجه بیشتری از بازیابی مدنظر باشد ، دو مرحله جذب باید استفاده شود . محلول THYLOX بسیار خورنده است و پمپها ، شیرها ، تیوبهای مبدل و ... باید ضد زنگ باشند . هرز رفت محلول در مقایسه با فرآیندهای فروکس و یا منچستر کمتر است اما بعلت تشکیل تیوسولفات ، تری اکسید آرسنیک و کربنات سدیم باید جایگزین شود. به اندازه کافی محلول فعال برای اطمینان از تکمیل واکنش با H2S مورد نیاز است ( حدود جهار تا پنج برابر مقدار استوکیومتری ). مقدار اکسیژن جهت احیا نیز باید همین اندازه نسبت به حالت استوکیومتری بالا باشد.
شامل 99 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود مقاله فرآیندهای مختلف بازیافت گوگرد
