بررسی منشأ گوگرد موجود در نفت خام و بررسی فرآیندهای حذف گوگرد از برش‌های نفتی (1)
درصد بالایی از نفت خام، از جمله دیزل و گازوئیل به طور گسترده‌ای در صنایع حمل و نقل مختلف استفاده می‌شود. این سوخت‌ها حاوی مقادیر بالایی ترکیبات یا به عبارتی آلاینده‌های گوگردی هستند که عمدتاً به صورت ترکیبات گوگردی آلی در سوخت وجود دارند. بنابراین کاهش و یا حذف این ترکیبات ضروری است.
زیرا کیفیت سوخت تا حد زیادی توسط مقدار آلاینده‌های موجود در آن مانند ترکیبات گوگردی و نیتروژنی تحت تأثیر قرار می‌گیرد. همچنین آلاینده‌های گوگردی منشأ بسیاری از بحران‌های زیست محیطی هستند و بنابراین باید مقدار این مواد به¬ویژه در انواع سوخت‌ها تا حد ممکن کاهش یابد. این امر به دلیل اثرات مخرب آلاینده‌های گوگردی بر کیفیت هوا ضروری است. سوخت دیزل عمدتاً مخلوط پیچیده‌ای از ترکیبات هیدروکربنی با نقاط جوش و وزن مولکولی مختلف است.
اخیراً تغییرات محسوس زیست محیطی وآب و هوایی، مانند گرم شدن زمین، در بین محققان به یک موضوع مهم تبدیل شده است. گازهای گلخانه‌ای که به خاطر سوزاندن مواد نفتی مختلف مستقیماً وارد جو می‌شوند، دلیل اصلی گرم شدن زمین هستند. از طرفی در سال‌های اخیر استفاده از موتورهای تزریق مستقیم دیزل به دلیل بازدهی حرارتی بالا و شدت آلایندگی پایین‌تر در مقایسه با دیگر موتورهای دیزلی، به¬طور چشمگیری افزایش یافته است.
اما همچنان به دلیل تأثیر مخرب بر محیط زیست، کاهش میزان تولید آلاینده‌ها توسط این موتورها همچنان ضروری است. کاهش آلاینده‌های خروجی اگزوز وسایل حمل و نقل می‌تواند به یکی از دو روش بهبود فرآیند سوختن نفت و یا بهبود خصوصیات سوخت که مستقیماً به کیفیت آن مربوط می‌شود، حاصل می‌شود. بهبود کیفیت هر نوع سوختی توسط پارامترهای مرتبط با افزایش کیفیت سوختن آن مانند عدد ستان، مقدار آروماتیک موجود در سوخت، دمای تقطیر و لزجت، حاصل می شود.
گوگرد سومین عنصر فراوان در نفت خام است. مقدار گوگرد در نتخت خام حدود 5-04/0 وزنی متغیر است. با تشخیص چندین ترکیب آلی گوگردی، فرضیه‌هایی درباره منشأ آن‌ها و برهمکنش گوگرد با چرخه کربن در ژئوسفر مطرح شده‌اند. در شکل (1) محدودیت‌های زیست محیطی در میزان گوگرد موجود در سوخت‌ها در سال‌های مختلف آورده شده‌است.
شکل(1): محدودیت‌های زیست محیطی در میزان گوگرد موجود در سوخت‌ها در سال‌های مختلف
تا کنون مطالعات گسترده‌ای در ارتباط با بررسی ریشه‌های گوگرد و ترکیبات گوگردی موجود در نفت خام انجام شده‌است. پایزان و همکارانش منشأ سولفیدهای دو حلقه‌ای، چهار حلقه‌ای و هوپان‌های (هیدروکربنی با فرمول مولکولی C30H52 که از اتصال ۴ حلقه سیکلوهگزان و یک سیکلوهپتان و آلکیل‌های متصل به آن‌ها تشکیل می‌شود) موجود در نفت را زیست سنتزی دانسته‌اند.
اما هیچ یک از ترکیبات آلی گوگردی گزارش شده یا گرودهای آلی موجود در آن‌ها در گیاهان و جانوران گزارش نشده‌اند. اگرچه گوگرد عنصری است که همه جا از جمله در ارگانیسم‌های زنده مثل برخی آمینواسیدها یافت می‌شود اما منشأ تمام مقادیر بالای گوگرد در نفت خام را نمی‌توان به گوگرد موجود در گیاهان و جانوران ارتباط داد زیرا گوگرد با این غلظت زیاد در ارگانیسم‌های زنده وجود ندارد.
به نظر اسکیم و همکارانش ۲و۵-دی نرمال آلکیل تیولان‌های موجود در نقت، می‌توانند از واکنش آلکان‌های نرمال موجود در نفت با گوگرد عنصری طی بلوغ اولیه نشأت گرفته باشند. آزمایش‌های شبیه سازی تا حدی از این فرضیه حمایت کرده‌اند. حرارت دادن نرمال آکتادکان در حضور گوگرد عنصری در دماهای بالا، مخلوطی از ۲و۵-دی آلکیل تیوفن‌ها را تولید می‌کند.
تئوری دیگری منشأ گوگرد را یون‌های سولفات آب دریا دانسته است. میکروارگانیسم‌هایی مانند دی سولفوویبریو و دی سولفوباکتر در شرایط بی هوازی سولفات را به گوگرد احیا می‌کنند.
سایر میکروب‌ها مانند تیوباسیلوس می‌توانند گوگرد احیاشده را به گوگرد عنصری اکسید کنند که سپس به مواد آلی مشتق شده از گیاه یا حیوان به طور بی هوازی ملحق می‌شود. همچنین ترکیبات گوگردی آلیفاتیک تشکیل شده می‌توانند با واکنش های تراکمی و آروماتیک شدن به ساختارهای حلقوی پیچیده تبدیل شوند. گوگرد عنصری نیز می‌تواند با حذف هیدروژن سیکلوآلکان‌ها را آروماتیک کند.
براسل و همکارانش الحاق گونه‌های معدنی گوگرد را به مشتقات کلروفیل را پیشنهاد دادند و آن‌ها فرض کردند منشأ احتمالی ترکیبات گوگرد، واکنش الحاق گوگرد به صورت درون مولکولی با مولکول‌های اولیه دارای گروه عاملی در مرحله ابتدایی دیاژنیز است. واکنش‌های الحاق گوگرد می‌توانند به صورت بین مولکولی نیز انجام و به تشکیل مواد گوگرددار با جرم مولکولی بالا منجر شوند. این واکنش ها می‌توانند علت وجود مقادیر نسبتا زیاد گوگرد آلی در آسفالتین و اجزای هترو ساختار نفت خام و نفت سفید را توضیح دهند.
بنابراین ترکیبات گوگرد دار موجود در نفت خام را می‌توان به در چهار گروه جای داد. این گروه‌ها عبارتند از:
- گوگرد عنصری
- تیول ها (مرکاپتان ها)
- سولفیدها (که شامل سولفیدهای خطی و حلقوی هستند)
- تیوفن ها (که شامل مشتقات تیوفن، بنزوتیوفن و دی بنزوتیوفن هستند)
فرمول ساختاری ترکیبات بیان شده در شکل (2) آمده است.
شکل(2): انواع ترکیبات گوگردی موجود در نفت خام و سوخت‌های مایع
بنابر آن چه در ارتباط با منشأ نفت خام گفته شد می‌توان مطالعات مختلف در این ارتباط را دسته بندی کرد و به این نتیجه رسید که مقدار گوگرد نفت خام منابع مختلف دنیا 04/0 درصد وزنی برای نفت خام سبک تا ۵ درصد وزنی برای نفت خام سنگین تخمین زده شده است. اگرچه ترکیبات معدنی گوگردی چون سولفید هیدروژن و پیریت‌ها در نفت خام وجود دارند، اما بخش اعظم ترکیبات گوگردی، ترکیبات آلی گوگرد دار است. توزیع و مقدار ترکیبات آلی گوگرددار به منبع و قدمت نفت خام بستگی دارد.
بررسی منشأ گوگرد موجود در نفت خام و بررسی فرآیندهای حذف گوگرد از برش‌های نفتی قسمت دوم >>>