سوخت مازوت (یا نفت کوره) یک سوخت فسیلی سنگین است که معمولاً در صنایع و نیروگاه‌ها استفاده می‌شود. این سوخت به‌طور طبیعی حاوی مقدار قابل توجهی گوگرد است که هنگام سوختن، دی‌اکسید گوگرد (SO₂) تولید می‌کند. این گاز برای محیط‌زیست و سلامت انسان مضر است. برای کاهش گوگرد در مازوت، روشهای مختلفی وجود دارد که برخی از مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:
۱. هیدروژن‌دهی (Hydrodesulfurization یا HDS)
این روش رایج‌ترین روش برای کاهش گوگرد در سوخت‌های فسیلی است. در این فرآیند، مازوت در حضور کاتالیست‌های خاص (معمولاً حاوی نیکل یا مولیبدن) و تحت فشار و دمای بالا با هیدروژن واکنش می‌دهد. در این واکنش، ترکیبات گوگرددار (مانند مرکاپتان‌ها و سولفیدها) به هیدروژن سولفید (H₂S) تبدیل می‌شوند. سپس هیدروژن سولفید از سوخت جدا شده و به گوگرد خالص یا اسید سولفوریک تبدیل می‌شود.
۲. استخراج گوگرد با حلال‌ها
در این روش، از حلال‌های شیمیایی برای جدا کردن ترکیبات گوگرددار از مازوت استفاده می‌شود. این حلال‌ها به ترکیبات گوگرددار متصل شده و آن‌ها را از سوخت خارج می‌کنند. این فرآیند معمولاً برای سوخت‌هایی با محتوای گوگرد پایین‌تر استفاده می‌شود.
۳. اکسیداسیون و جذب گوگرد
در این روش، ترکیبات گوگرددار در مازوت ابتدا اکسید می‌شوند و سپس به کمک جاذب‌های شیمیایی (مانند اکسیدهای فلزی) از سوخت جدا می‌شوند. این روش کمتر رایج است اما در برخی موارد خاص استفاده می‌شود.
۴. تولید مازوت کم‌گوگرد از نفت خام کم‌گوگرد
یکی دیگر از روش‌ها، استفاده از نفت خام کم‌گوگرد برای تولید مازوت است. برخی از منابع نفت خام به‌طور طبیعی گوگرد کم‌تری دارند و با پالایش این نفت‌ها، مازوت کم‌گوگرد تولید می‌شود.
۵. مخلوط‌کردن با سوخت‌های کم‌گوگرد
در برخی موارد، مازوت پرگوگرد با سوخت‌های کم‌گوگرد (مانند گازوئیل یا نفت‌سفید) مخلوط می‌شود تا محتوای گوگرد کلی آن کاهش یابد.
اهمیت کاهش گوگرد در مازوت
کاهش گوگرد در مازوت نه تنها از انتشار گازهای مضر مانند SO₂ جلوگیری می‌کند، بلکه باعث کاهش تولید ذرات معلق و اسید سولفوریک در جو می‌شود. این موضوع به بهبود کیفیت هوا و کاهش اثرات منفی بر سلامت انسان و محیط‌زیست کمک می‌کند
سوخت کم سولفور با روش هیدروژن‌دهی (Hydrodesulfurization یا HDS)
هیدروژن‌دهی یا Hydrodesulfurization (HDS) یک فرآیند شیمیایی است که برای کاهش محتوای گوگرد در سوخت‌های فسیلی مانند نفت خام، گازوئیل و سوخت‌های سنگین (مانند مازوت) استفاده می‌شود. این فرآیند به‌طور گسترده در پالایشگاه‌ها به‌کار می‌رود تا سوخت‌هایی با محتوای گوگرد کم (Low Sulfur Fuels) تولید شود که برای محیط‌زیست و سلامت انسان کمتر مضر هستند. در ادامه به توضیح دقیق این فرآیند می‌پردازیم:
هدف فرآیند HDS
هدف اصلی HDS، حذف ترکیبات گوگرددار از سوخت‌های فسیلی است. این ترکیبات شامل موارد زیر هستند:
- مرکاپتان‌ها (R-SH)
- سولفیدها (R-S-R’)
- دی‌سولفیدها (R-S-S-R’)
- تیوفن‌ها و مشتقات آن‌ها
این ترکیبات هنگام سوختن، دی‌اکسید گوگرد (SO₂) تولید می‌کنند که یک گاز آلاینده و مضر برای محیط‌زیست و سلامت انسان است.
مراحل فرآیند HDS
فرآیند HDS شامل مراحل زیر است:
۱. آماده‌سازی سوخت
سوخت فسیلی (مانند نفت خام یا مازوت) ابتدا به‌دقت فیلتر و تصفیه می‌شود تا ناخالصی‌های جامد و آب از آن جدا شود. این مرحله برای جلوگیری از آسیب به کاتالیست‌ها و تجهیزات فرآیند ضروری است.
۲. گرم‌کردن و مخلوط‌کردن با هیدروژن
سوخت به همراه هیدروژن خالص (H₂) به یک راکتور هیدروژن‌دهی منتقل می‌شود. هیدروژن معمولاً از فرآیندهای reforming گاز طبیعی یا کراکینگ نفت خام به‌دست می‌آید.
- دما: معمولاً بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد
- فشار: معمولاً بین ۳۰ تا ۱۳۰ بار
۳. واکنش هیدروژن‌دهی
در راکتور، سوخت و هیدروژن در حضور یک کاتالیست با هم واکنش می‌دهند. کاتالیست‌های رایج شامل ترکیباتی از مولیبدن (Mo) و کبالت (Co) یا نیکل (Ni) هستند که روی یک پایه آلومینا (Al₂O₃) قرار دارند.
واکنش کلی به این صورت است:
R-S-R’+2H2→RH+R′H+H2S
در این واکنش، ترکیبات گوگرددار به هیدروژن سولفید (H₂S) و هیدروکربن‌های ساده تبدیل می‌شوند.
۴. جداکردن هیدروژن سولفید
پس از واکنش، مخلوط خروجی از راکتور به یک جداکننده منتقل می‌شود. هیدروژن سولفید (H₂S) که یک گاز سمی است، از سوخت جدا می‌شود. این گاز معمولاً به واحد Claus Process فرستاده می‌شود تا به گوگرد خالص تبدیل شود.
۵. تثبیت سوخت
سوخت تصفیه‌شده ممکن است حاوی مقادیر کمی از ترکیبات گوگرددار باقی‌مانده باشد. برای حذف کامل این ترکیبات، سوخت ممکن است تحت یک فرآیند هیدروژن‌دهی ثانویه قرار گیرد.
کاتالیست‌های مورد استفاده در HDS
کاتالیست‌ها نقش کلیدی در فرآیند HDS دارند. برخی از رایج‌ترین کاتالیست‌ها عبارتند از:
- کبالت-مولیبدن (Co-Mo): برای حذف ترکیبات گوگرددار ساده مانند مرکاپتان‌ها و سولفیدها.
- نیکل-مولیبدن (Ni-Mo): برای حذف ترکیبات گوگرددار پیچیده‌تر مانند تیوفن‌ها.
- نیکل-تنگستن (Ni-W): در موارد خاص برای بهبود کارایی فرآیند.
مزایای فرآیند HDS
- تولید سوخت‌های کم‌گوگرد که آلایندگی کم‌تری دارند.
- کاهش انتشار دی‌اکسید گوگرد (SO₂) و ذرات معلق (PM) در جو.
- بهبود کیفیت سوخت و افزایش بازدهی موتورها.
- امکان استفاده از سوخت‌های تصفیه‌شده در مناطق با مقررات سخت‌گیرانه زیست‌محیطی.
چالش‌های فرآیند HDS
- هزینه بالای تجهیزات و کاتالیست‌ها.
- نیاز به هیدروژن خالص که خود یک ماده گران‌قیمت است.
- کاهش فعالیت کاتالیست‌ها به مرور زمان و نیاز به جایگزینی یا بازسازی آن‌ها.
- تولید هیدروژن سولفید که یک گاز سمی و خطرناک است و نیاز به مدیریت دقیق دارد.
کاربردهای HDS در صنعت
- تولید سوخت‌های دیزل کم‌گوگرد (Ultra-Low Sulfur Diesel یا ULSD).
- تصفیه مازوت و نفت کوره برای استفاده در کشتی‌ها و نیروگاه‌ها.
- تولید بنزین و نفتا با محتوای گوگرد بسیار کم
