شیرین سازی گاز ترش به روش زیستی

انتشار گوگرد از فعالیت­های انسانی نقش مهمی در آلودگی هوای محلی و تشکیل باران‌های اسیدی دارد. بخصوص انتشار دی­اکسید‌گوگرد (SO₂)، که از احتراق سوخت‌های حاوی گوگرد ایجاد می‌شود، یک علت مهم برای این نوع مشکلات زیست محیطی است. دی‌اکسید‌گوگرد مهم‌ترین پیش‌ساز تولید باران‌های اسیدی است که اثرات زیان‌بار آن بر جنگل‌ها، دریاچه‌ها و خاک‌ها شناخته شده است. یکی از جنبه‌های بسیار مهم در کنترل انتشار گاز SO₂، تصفیه جریان‌های گازی حاوی سولفید هیدروژن (H₂S) است. H₂S یک گاز سمی و بدبو است که در بسیاری از جریان‌های گازی هیدروکربنی مانند گاز زباله^[1]، بیوگاز، گاز طبیعی، گازهای پالایشگاهی و گاز سنتز وجود دارد. حذف H₂S (گوگردزدایی) از این گازها لازم است، زیرا سولفید هیدروژن پس از احتراق به SO₂ تبدیل می‌شود. در جوّ، H₂S به دلیل واکنش با اوزون ایجاد اسید سولفوریک می‌کند. سمیت، خوردگی و بوی بد H₂S (بوی تخم مرغ فاسد) سایر دلایل لزوم حذف آن از جریان‌های گازی است [1،2].

برای حذف سولفید هیدروژن از گاز ترش بر اساس دبی گاز و غلظت ترکیبات گوگردی، فناوری­های مختلفی توسعه پیدا کرده است، اما به دلیل خلا فناوری، شیرین­سازی گاز در مقادیر نسبتا پایین گوگرد (2/0 تا 20 تن در روز)، برای صنایع نفت و گاز، در دهه­های اخیر به یک چالش جدی تبدیل شده است. در مقیاس بسیار پایین گوگرد (کمتر از 50 کیلوگرم گوگرد در روز)، استفاده از انواع جاذبهای غیرقابل بازیافت (Scavenger) با هزینه 8 تا 40 هزار دلار در ازای یک تن گوگرد پاسخگوی نیاز صنعت است. در مقیاس بزرگ هم از فرایند Claus برای بازیافت گوگرد از خروجی فرایند آمین استفاده می­شود که طی دو مرحله اکسیداسیون ناقص، سولفید به گوگرد عنصری تبدیل می­گردد. اما در مقیاس حدواسط، تکنولوژی­های مرسوم گران قیمت بوده و از مواد شیمیایی پرهزینه استفاده می­کنند و یا پسماندهای خطرناک برجای می­گذارند و اطمینان بخش نیستند.

برای غلبه بر مشکلات مربوط به گوگردزدایی گاز در مقیاس متوسط، فرایندهای زیستی به عنوان جایگزینی برای فناوری‌های موجود در نظر گرفته می‌شوند. از‌آنجایی‌که فرآیندهای زیستی در دمای محیط و فشار جوّ انجام می‌گیرند، نیاز به گرمایش، سرمایش و فشار زیاد محدود می‌شود، در نتیجه هزینه‌های مربوط انرژی کاهش می‌یابد. عمده‌ترین فرایندهای زیستی که تاکنون برای گوگردزدایی از گاز مورداستفاده قرار گرفته‌اند شامل فیلترزیستی، فیلتر‌زیستی چکنده، اسکرابرزیستی می‌باشند. فرایند اسکرابر زیستی به دلیل پايداري عملياتي در كنترل خوراك و pH، توانايي تصفيه بارآلودگي/غلظت زياد، فضاي موردنياز كم، گرفتگي بستر كم برای گوگردزدایی از بیوگاز و گازطبیعی مورد توجه ویژه‌ای قرار گرفته است [3،4،5].

 فرایند اسکرابر زیستی (با نام تجاری (Thiopaq O&G، یک روش زیستی برای گوگردزدایی از گاز است که بر پایه فعالیت میکروارگانیسم‌های طبیعی عمل می­کند. این فرایند برای گوگردزدایی در دامنه 05/0 تا 150 تن در روز و برای جریانهای گازی با فشار حداکثر 80 بار کارایی فنی دارد، اما از دیدگاه اقتصادی، بهترین بازه عملکردی آن بین 2/0 تا 20 تن در روز گوگرد است. این فرایند هم به عنوان واحد بازیافت گاز اسیدی (AGRU) می‌تواند کاربرد داشته باشد و به طور کامل جایگزین فرایند جداسازی گوگرد و بازیافت آن شود و هم می­تواند به عنوان واحد بازیافت گوگرد (SRU) برای فرایند آمین استفاده شود.

شکل 3-1- شمایی از فرایند اسکرابر زیستی (Thiopaq O&G)

اين فرآيند شامل 3 مرحله اصلي است 1 – جذب كه شامل شستن گاز با يك مايع جاذب است. 2 – بيوراكتور كه در آن اكسيداسيون سولفيد و بازيافت مايع جاذب صورت مي گيرد. 3 – جداسازي گوگرد توليد شده.

در مرحله اول این فرایند، H₂S در ستون جذب در اثر تماس با یک محلول قلیایی بافری (کربنات- بی‌کربنات)، تحت فشار جذب آن می‌شود. واکنش‌های اصلی انجام شده در ستون جذب در روابط 1 تا 4 ارائه شده است. H₂S پس از جذب در محلول قلیایی به صورت سولفید درمی‌آید. عمل جذب برای گازهایی که حاوی هیدروکربن هستند در یک ستون آکنده یا سینی‌دار انجام می‌شود ولی در گازهای فشار پایین و بدون هیدوکربن می‌تواند مستقیماً به راکتور زیستی وارد شود.

قلب این فرایند راکتور زیستی آن است که عمدتاً از یک راکتور Airlift یا Bubble column استفاده می‌شود. راکتور زیستی در دما و فشار محیط کار می‌کند. در راکتور، محلول قلیایی سولفیدی تحت شرایط میکروهوازی با استفاده از فرایند اکسیداسیون زیستی به گوگرد عنصری و سولفات تبدیل می‌گردد.

همانطور که مشاهده می‌شود یون‌های هیدروکسیلی (OH^–) که در مرحله اول مصرف می‌شوند، مجددا تولید شده، به عبارت دیگر مایع قلیایی بازسازی می‌شود. مایع قلیایی احیاء شده در ستون جذب برای حذف مداوم H₂S به گردش درمی‌آید. ذرات گوگرد زیستی تولید شده در یک ته نشین کننده با استفاده از نیروی وزن جدا شده و پس از آن لجن گوگردی در یک سانتریفیوژ آب‌گیری می‌شود. معمولا بخشی از سولفید کاملاً به سولفات اکسید می‌شود. وجود جریان اضافی (bleed) برای خارج کردن یون‌های سولفات است که برای جلوگیری از آلودگی محیط می‌توان مقداری از محتویات بیوراکتور را به یک مرحله احیاء سولفات که در آن سولفات به سولفید تبدیل می‌شود باز‌گرداند و سولفید را مجدداً به راکتور زیستی وارد کرد. در شرایط اکسیژن اضافی، اکسیداسیون کامل H₂S به سولفات صورت می‌گیرد (معادله 3-6). برای جلوگیری از اکسیداسیون کامل H₂S به سولفات، این فرایند در شرایط اکسیژن محدود انجام می‌شود. معایب عمده تولید سولفات عبارتنداز:

• گوگرد عنصری کمتری تولید می‌شود؛
• تشکیل پروتون منجر به اسیدی شدن محیط واکنش می‌شود.
• یون‌های سولفات را باید با اضافه کردن آب جبرانی و ایجاد یک جریان خروجی حذف کرد [1،6،7،8].

در صورتی که جریان گاز ورودی، حاوی مقادیر بالایی از کربن‌دی‌اکسید باشد، آنگاه CO₂ به صورت جزیی در ستون جذب، جذب محلول قلیایی خواهد شد، سپس به دلیل چرخشی بودن مایع در کل سیستم، تعادل CO₂ طبق واکنش‌های زیر برقرار خواهد شد:

H₂O +CO₂ ⟷ H₂CO₃ ⟷ HCO^3- +H⁺ ⟷ CO₃^2-+ 2H⁺

غلظت کربناتِ محلول تولید شده به غلظت CO₂ در گاز بستگی دارد، زمانی که گاز حاوی 10-20‌% کربن‌دی‌اکسید باشد، غلظت کربنات حدود g/L 70-4 خواهد بود که فرایند شیرین‌سازی زیستی، در چنین غلظتی از کربنات به خوبی عمل خواهد کرد. غلظت‌هایی بالاتر از این مقدار مناسب نبوده و بر فعالیت باکتری‌ها در راکتور اثر منفی دارد. میزان جذب CO₂ به غلظت آن در جریان گازی، pH محلول شستشو و شدت جریان گاز بستگی دارد. در فرایند مورد بررسی غلظت کربنات و بی‌کربنات معادل غلظت اشباع آن در مایع خواهد بود. به این دلیل که pH پایین است؛ حد اشباع کربنات- بی‌کربنات نیز در مایع پایین خواهد بود.

پس از اینکه تعادل برقرار شد، مایع جذب دیگر CO₂ را جذب نمی‌کند و یا به مقدار کمی جذب می‌کند، به این ترتیب دیگر نیازی به قلیا برای خنثی کردن اثر CO₂ جذب شده نخواهد بود و یا تنها مقدار کمی قلیا به محلول شستشو اضافه شده تا pH آن تنظیم گردد. کربن‌دی‌اکسیدی هم که در راکتورزیستی از سیستم خارج می‌شود^[2] دوباره در ستون جذب جایگزین می‌گردد. این موضوع یکی از نقاط قوت این فرایند است که حضور CO₂ در فاز گاز خللی در سیستم ایجاد نمی‌کند [9].

[1] Landfill Gas

[2] Stripped

تصنیف نت

فروشگاه اینترنتی تصنیف نت به منظور فراهم آوردن بستری مناسب جهت برقراری ارتباط با مشتریان عزیز راه اندازی شده است. این فروشگاه اینترنتی متفاوت از هر آن چیزی است که شما از یک فروشگاه اینترنتی تصور دارید. تمامی محصولات از جمله: لوازم التحریر ، نوشت افزار ، لوازم جانبی کامپیوتر ، خدمات آموزشی ، خدمات کامپیوتری و خدمات چاپ و صحافی و... در فروشگاه تصنیف نت قابل عرضه می‌باشد.