بخشی از مقاله
گوگرد زدایی عمیق ازبنزین و سوخت دیزل، روشی مؤثر در کنترل آلودگی هوا
چکیده
دي اکسید گوگرد ماده اي سمی بوده و خطرات بسیار زیادي براي سلامتی انسـان و محـیط زیسـت ایجاد می کند. آلودگی هوا، باران هاي اسیدي و بیماریهاي تنفسی تعدادي از مشـکلات ایجـاد شـده توسط SO2 و ترکیبات آن هستند. گوگرد علاوه بر اینکه آلاینده اي مهم محسوب می شود اگـر در محیطی وجود داشته باشد، راندمان فعالیت و عملکرد تجهیزات کنترل آلودگی هوا را نیـز بـه شـدت کاهش می دهد، بنابراین سولفور زدائی در مرحله تولید سوخت روشی مطمئن به منظور جلـوگیري از بروز مخاطرات بهداشتی و سلامتی براي انسان و سایر موجودات محسوب می شود. تحقیقات ثابت کرده است، مصرف سوخت با سولفور بسیار کم بر روي تولید و انتشار دیگر آلاینـده هـا نیـز اثرگـذار اســـت، در منـــاطقی کـــه میـــزان گـــوگرد ســـوخت مصـــرفی بســـیار انـــدك اســـت، میـــزان انتشار (PM),(HC),(CO) و((NOx نیز به طور قابل توجهی پایین تر اسـت. مطلـب مهمـی کـه باید به آن توجه شود این است کههر، چند نصب تجهیـزات سـولفور زدایـی عمیـق تقریبـاٌ دو برابـر سولفور زدایی متداول هزینه دارد ولی میزان حذف گوگرد چند برابر (بطور متوسط از 350ppm به حدود (10ppm خواهد شد و متعاقب آن خسارات و هزینه هاي بهداشتی و محـیط زیسـتی مربـوط به دي اکسید گوگرد نیز افت قابل ملاحظه اي خواهد داشت. در این مقاله سعی شده اسـت تـا انـواع روشها، هزینه ها و سود حاصل از سولفور زدایی عمیق به صورت مختصر و جامع توضـیح داده شـود. زیرا هدف از این مقاله معرفی سولفور زدایی عمیق به عنوان روشی بسیارموثر و کـاملاٌ اقتصـادي در کنترل آلودگی هوا می باشد.
کلمات کلیدي
آلودگی هوا، دي اکسید گوگرد، هزینه هاي تخریب، روشهاي سولفور زدایی، سود و منافع
مقدمه
بنزین و گازوییل داراي گوگرد یا ترکیبات گوگرد هستند. در اثر احتراق گوگرد به شکل دي اکسید گوگرد (SO2) در هوا انشار می یابد. دي اکسید گوگرد ماده اي سمی بوده و خطرات بسیار زیادي براي سلامتی انسان و محیط زیست ایجاد می کند، آلودگی هوا، باران هاي اسیدي و بیماریهاي تنفسی تعدادي از مشکلات ایجاد شده توسط SO2 و ترکیبات آن هستند. بیشتر خوردگی موتور وسایل نقلیه ناشی از گوگرد بالایی است که در سوخت وجود دارد. با کاهش گوگرد موجود در سوخت می توان آلودگی هوا وسایر هزینه هاي مصرفی مربوطه را به مقدار قابل توجهی کاهش داد. بخش هاي صنایع و حمل ونقل سهم بسزایی در تولید دي اکسید گوگرد دارند، بطوریکه حدود 60 درصد از انتشار کل این گاز در ایران مربوط به این دو بخش می باشد. مقدار گوگرد سوختهاي دیزلی در ایران بسیار زیاد و بالاتراز استاندارد هاي تعیین شده است. بنابر گزارشهاي رسمی در سال 1385 مقدارگوگرد بطور متوسط ppm٠٠٠۵ اعلام شده است. در حال حاضر قوانین ایالات متحده، اروپاي غربی و ژاپن میزان گوگرد براي همه سوختهاي فسیلی را کمتر از 0/05 درصد وزنی ( (500ppmw یا کمتر از ppm٠۵ محدود می کند. در استاندارد EURO5 این میزان 10 ppm می باشد 3)،.(2
تولید بنزین و گازوئیل با گوگرد بسیار کم راه حلی بسیار مناسب براي کاهش آلودگی هوا است. سولفور زدائی در مرحله تولید سوخت روشی مطمئن به منظور جلوگیري از بروز مخاطرات بهداشتی و سلامتی براي انسان و سایر موجودات محسوب می شود. این روش از لحاظتصادياق نیز مقرون به صرفه و کاملاٌ منطقی است چرا که هزینه هاي اجتماعی ناشی از اثرات بهداشتی و زیست محیطی و دیگر خسارات بطور قابل توجهی کاهش خواهد یافت.
دي اکسید گوگرد و اثرات آن
طبق برآورد سازمان بهداشت جهانی به طور تقریبی 294 میلیون تن از این گاز در سطح جهان تولید می شود که حدود نیمی از این مقدار از منابع طبیعی (فعالیت آتش فشان ها) تولید می شود و نیم دیگر آن توسط فعالیتهاي انسانی به وجود می آید که اساساً در اثر احتراق سوختهاي فسیلی استدي. اکسید گوگرد معمولاً در اتمسفر تبدیل به تري اکسید گوگرد، و تري اکسید گوگرد تبدیل به اسید سولفوریک می شود. اکسیدهاي گوگرد در
صورتیکه در محیطی انتشار یابندکه ذرات معلق در آن وجود داشته باشند و رطوبت نسبی نیز نسبتاً بالا باشد شدیدترین اثر نامطلوب را بر روي محیط زیست خواهند داشت.
SO2 حتی در غلظت هاي بسیار کم موجب ایجاد واکنش هایی در مغز ، تحریک غشاء مخاطی دستگاه تنفس، افزایش مقاومت ریه به جریان هوا ، درد در ناحیه سینه ، گاهی ریزش خون از بینی ، اثر بر سیستم گوارش، تحریک چشم ، تنگی نفس ، افزایش ضربان قلب ، افزایش سرعت حرکات تنفسی ، توسعه بیماریهاي مزمن ریوي بخصوص برونشیت ، سرفه و کاهش ظرفیت تنفسی می گردد. همچنین خون افرادي که در معرض این گاز قرار گرفته اند نشان می دهد که این گاز سنتز )DNAعامل انتقال وراثت ) را مختل می کند و ازرشد برخی از گلبولهاي سفید خون (لنفوسیتها) جلوگیري می کند که در نتیجه سیستم دفاعی بدن کاهش می یابد. دي اکسید گوگرد از مهم ترین گازهاي آلاینده است که هم داراي مخاطرات بهداشتی و هم مخاطرات زیست محیطی می باشد. این گاز با سایر اجزاء در اتمسفر از جمله رطوبت هوا، ترکیب شده و می تواند سبب بارش بارانهاي اسیدي و تغییرات اقلیمی گردد. هم چنین ممکن است به ساختمانها و سایر دارائی هاي مردم نیز آسیب وارد می کند .(18)
هزینه هاي اجتماعی
هزینه اي که به علت اثرات زیست محیطی مستقیم (مانند انتشار آلاینده) نظیر تخریب اکوسیستم ها، آسیب به ساختارها و اثرات بهداشتی در افراد ایجاد می گردد، هزینه تخریب یا هزینه اجتماعی نامیده می شود. به عبارت دیگر به مجموع پولی که بتواند صدمات ناشی از انتشار مواد آلاینده را جبران نماید، هزینه تخریب یا هزینه هاي خارجی گفته می شود. جهت محاسبه هزینه هاي تخریب نیاز به کمی کردن اثر آلاینده ها و فعالیت ها در محیط هاي اثر پذیر (مردم، اکوسیستم، ساختمانها) می باشد.
هزینه هاي اجتماعی ناشی از مصرف حامل هاي انرژي در کشور در سال 1390 براي گاز هاي آلاینده مشخص گردیده است. این هزینه ها بر اساس مطالعات انجام شده توسط بانک جهانی و سازمان حفاظت محیط زیست ایران محاسبه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده از محاسبات صورت گرفته، فقط هزینه اجتماعی گاز دي اکسید گوگرد انتشار یافته از بخش هاي حمل و نقل و صنایع 9000 میلیارد ریال تخمین زده شده است. این رقم مبلغی بسیار بالا و هزینه سنگینی براي کشور می باشد (تراز نامه انرژي ایران سال.(1390
کاهش میزان گوگرد موجود در بنزین و گازوئیل
گوگرد علاوه بر اینکه آلاینده ایی مهم محسوب می شود اگر در محیطی وجود داشته باشند، راندمان فعالیتها و عملکرد تجهیزات کنترل آلودگی هوا را به شدت کاهش می دهند. به عنوان مثال دي اکسید گوگرد می تواند کاتالیزور کنترل کننده آلاینده ها در اگزوز وسایل نقلیه را تحت تاثیر قرار دهد و باعث افزایش انتشار CO) )، (NOX)، (PM) و (HC) به محیط گردد. بنابر این دستیابی به هواي پاك و کنترل موفق آلاینده ها بدون کاهش سطح میزان دي اکسید گوگرد تقریباٌ غیر ممکن است. به عبارتی براي داشتن هوایی سالم ابتدا تولید سوختی بدون گوگرد یا با گوگرد بسیار کم لازم است.
نفت خام بطور متوسط داراي 100 تا 33000 ppm گوگرد می باشد. میزان و نوع ترکیبات گوگرد موجود، بسته به نوع ذخایر نفتی بسیار متفاوت است که این گوناگونی انتخاب روش تصفیه و انجام آن را مشکل می کند.
مثلاٌ هر چه چگالی نفت خام بیشتر باشد مقدار سولفور آن بیشتر و تصفیه آن نیز دشوارتر خواهد بود. هر چند استفاده از تجهیزات مدرن تصفیه براي تولید سوخت با گوگرد بسیار کم گران است ولی تحقیقات نشان می دهد بدلیل کاهش قابل توجه آلاینده ها و کم شدن خسارات، مقدار سود و منافع، بسیار بیشتر از هزینه اجراي آن خواهدبود. در ادامه توضیحات بیشتري در مورد این مطلب ارائه خواهد شد(.(13
انواع روشهاي سولفور زدایی
جدا کردن اتمهاي گوگرد تحت شرایط خاص از هیدرو کربن ها بدون آنکه سایر ترکیبات تغییر پیدا کنند را سولفورزدایی یا گوگرد زدایی می گویند. بنزین مستقیم (Straight-run gasoline) سوخت هاي مایعی هستند که مستقیماً از تقطیر نفت خام بدست آمده و می توانند بعنوان بنزین موتور مصرف شوند ولی عدد اکتان آنها در حدود 60 می باشد. بنزین بدست آمده با این روش داراي عدد اکتان پایین بوده وهنوزداراي مقدار قابل توجهی گوگرد می باشد، لذا به اقدامات اصلاحی براي بهبود کیفیت آن لازم است.براي این منظور بنزین تولید شده به واحد هاي دیگر انتقال داده می شود. اگرچه روشهایی مثل شستشوي قلیایی، سولفور زدایی به روش حلال و غیره براي گوگرد زدایی سوختهاي هیدرو کربنی شناخته شده اند، ولی هیدرودسولفوریزاسیون یا به اختصار HDS اصلی ترین و متداولترین روش گوگرد زدایی در دنیا می باشد .(12)
گوگرد زدایی با هیدروژن (Hydrodesulfurization)
روشهاي تصفیه با هیدروژن (Hydrotreating) در پالایش فرآوردهاي نفتی از اهمیت بالایی برخوردارند. چنانچه هدف این عملیات صرفاٌ حذف یا کاهش ترکیبات گوگردي باشد، فرآیند را گوگرد زدایی با هیدروژن می
نامند. HDS روشی براي کاهش مقدار سولفور در محصول است که این کار از طریق بر هم کنش ترکیبات سولفوري در نفت خام با هیدروژن در حضور یک کاتالیست صورت می گیرد. در نهایت سولفور موجود به صورت سولفید هیدروژن جدا می گردد. کاتالیست هاي مورد مصرف شامل کاتالیست هاي فلزي همچون کبالت،مولیبدن، نیکل وتنگستن هستند که بر روي آلومینیوم حمل می شوند. بدون شک در حال حاضر HDS با کاربرد کاتالیست فلزي به عنوان فرآیندي تقریباٌ کامل به طور وسیعی در سراسر دنیا استفاده می شود. HDS روشی اختصاصی است
که فقط ترکیبات گوگرد را جدا می کند و بر سایر گروهاي اتمی اثر نمی گذارد. بنابر این پس از انجام مراحل تصفیه بنیان اصلی با همان خاصیت قبلی حفظ می شود. بر خلاف سایر روشهاي تصفیه که باعث کاهش عدد اکتان سوخت می شوند مزیت دیگر HDS جلوگیري از افت عدد اکتان است. سولفید هیدروژن بدست آمده را نیز می توان به صنایع دیگر فروخت یا به فرآورده هاي دیگري تبدیل کرد.
روش تصفیه HDS مقدار گوگرد موجود در گازوییل را به 500 ppm و تا حدي کمتر تقلیل می دهد. فرآیند هاي HDS باید به اندازه کافی بهبود یابند تا درصد گوگرد را تا سطوح بسیار پایین تر کاهش دهند.استفاده از راکتورهاي بزرگتر حد متداول و افزودن مقادیر قابل توجه هیدروژن می تواند راندمان فرآیند را افزایش دهد. هم چنین استفاده از روشهاي مکمل مانند گوگرد زدایی زیستی ( ( BDS می تواند در حذف گوگرد بسیار مفید باشد .(12)
روشهاي پیشرفته به منظورسولفور زدایی فوق عمیق
این روشها به منظور دستیابی به سوختی با کیفیت بسیار بالا بکار برده می شود و بدلیل پیچیدگی موجود در فرآیند اغلب در کشورهاي پیشرفته اروپاي غربی، ژاپن و آمریکا متداول است .(12)
-1 فرآیند سولفور زدایی فوق عمیق سین ست SynSat :(SynSat) بر اساس فرآیند تصفیه هیدروژنی استوار است
ولی تجهیزات آن بزرگتر و پیچیده تر از انواع متداول HSD می باشد. در این سیستم از دو راکتور به جاي یک راکتور استفاده می شود و گوگرد زدایی در دو مرحله صورت می گیرد. این روش بیشتر در کشورهاي سوئد، آلمان و ایالات متحده استفاده می شود و داراي انواع مختلفی می باشد که در بهترین حالت سولفور را تا 5 ppm کاهش می دهد. به علت جدید بودن این روش هنوز اطلاعات تجربی زیادي در دست نمی باشد 4)،.(12
-2 فرآیند سولفور زدایی فوق عمیق با روش Topsoe :Topsoe که به اختصار (UDHDS) نا میده می شود. روشی
براي تولید گازوییل با گوگرد بسیار پایین و ترکیبات آروماتیکی خیلی کم است. فرآیندي دو مرحله اي با استفاده از
