إزالة الكبريت في المصفاة: الـ Hydrotreating ووحدة استرجاع الكبريت (Claus)
الخلاصة في نقاط
- المواصفات الحديثة تحدد كبريت الديزل بنحو 10 إلى 15 ppm فقط، بينما قد يحتوي الديزل الخام على عدة آلاف ppm.
- الـ Hydrotreater يخلط الوقود بالهيدروجين فوق حفاز CoMo أو NiMo، فيتحول الكبريت إلى غاز H2S.
- وحدة الـ Amine تمتص H2S من الغاز، ثم تطلقه مركزًا في برج التجديد ليذهب إلى وحدة Claus.
- وحدة Claus تحرق ثلث الـ H2S تقريبًا إلى SO2، ثم يتفاعل الغازان ويعطيان كبريتًا وماءً.
- غاز H2S قاتل بتركيزات منخفضة، ويشلّ حاسة الشم، فلا نعتمد على الرائحة أبدًا.
محتوى تعليمي فقط: الإجراءات والأرقام التشغيلية تختلف من شركة إلى أخرى ومن موقع إلى آخر. اتبع دائمًا إجراءات شركتك المعتمدة وتعليمات المشرف وتصاريح العمل في موقعك.
لماذا نزيل الكبريت؟
الخام يحتوي على مركبات كبريتية، وتزيد نسبتها في الخامات الثقيلة والحامضة. إذا بقي الكبريت في الوقود، يحترق في المحرك ويتحول إلى SO2، فيلوث الهواء ويسبب الأمطار الحمضية، ويتلف أنظمة معالجة العادم في السيارات الحديثة. لذلك تحدد مواصفات كثيرة اليوم كبريت الديزل بنحو 10 إلى 15 ppm.
وللكبريت ضرر داخل المصفاة نفسها: يسمم حفاز البلاتين في الـ Reformer، ويزيد التآكل. لهذا نزيله من معظم التيارات قبل أن تصل إلى المنتج النهائي.
الـ Hydrotreater: كيف يُنزع الكبريت؟
فكرة الوحدة بسيطة: نضيف الهيدروجين إلى الوقود فوق حفاز، فينتزع الهيدروجين ذرات الكبريت من الجزيئات ويكوّن معها غاز H2S. يحدث الشيء نفسه للنيتروجين فيتحول إلى أمونيا NH3.
مسار التيار في الوحدة:
- يُخلط الوقود (نافثا أو كيروسين أو ديزل) بغاز غني بالهيدروجين.
- يُسخن الخليط في مبادلات ثم فرن إلى نحو 300 إلى 400 °C.
- يمر في مفاعل فيه حفاز من الكوبالت والموليبدينوم (CoMo) أو النيكل والموليبدينوم (NiMo). الضغط حسب التغذية، وقد يبلغ في وحدات الديزل نحو 30 إلى 70 bar أو أكثر.
- يُبرد الخارج من المفاعل، ويُحقن فيه ماء غسيل لإذابة أملاح الأمونيا التي قد تسد المبردات.
- في الفاصل عالي الضغط ينفصل الغاز الغني بالهيدروجين عن السائل. يمر الغاز في برج Amine لإزالة H2S، ثم يعود بضاغط الدوران (Recycle Compressor) إلى بداية الوحدة.
- يدخل السائل برج Stripper يزيل منه H2S والغازات الخفيفة المذابة، فيخرج وقود منخفض الكبريت.
وحدة الـ Amine: إسفنجة الـ H2S
محلول الـ Amine (مثل MDEA أو DEA) يمتص H2S وCO2 من الغاز عند حرارة منخفضة وضغط عالٍ. يدخل الغاز الحامض من أسفل برج الامتصاص (Absorber)، والـ Amine النظيف من أعلاه. يخرج الغاز "حلوًا" من القمة، والـ Amine المحمل بالـ H2S من القاع.
ثم يُسخن الـ Amine المحمل في برج التجديد (Regenerator)، فيطلق الـ H2S مركزًا. هذا الغاز المركز اسمه Acid Gas، ويذهب إلى وحدة Claus. ويعود الـ Amine النظيف ليمتص من جديد. كما تُعالج المياه الحامضة (Sour Water) في برج تجريد خاص يخرج منه H2S والأمونيا.
وحدة Claus: تحويل H2S إلى كبريت
الـ Sulfur Recovery Unit تعمل على مرحلتين:
المرحلة الحرارية: يُحرق الـ Acid Gas في فرن مع كمية محسوبة من الهواء تكفي لحرق نحو ثلث الـ H2S فقط، عند حرارة مرتفعة قد تبلغ 1,000 إلى 1,400 °C:
H2S + 3/2 O2 → SO2 + H2O
ثم يتفاعل ما تبقى من H2S مع الـ SO2 المتكون:
2 H2S + SO2 → 3 S + 2 H2O
يتكثف جزء كبير من الكبريت في مكثف بعد الفرن.
المرحلة الحفزية: يُعاد تسخين الغاز ويمر في مفاعلين أو ثلاثة فيها حفاز من الألومينا، مع مكثف كبريت بعد كل مفاعل. هكذا يكتمل التفاعل نفسه عند حرارة أقل.
تسترجع وحدة Claus عادة نحو 95 إلى 98% من الكبريت. وإذا أضفنا وحدة معالجة الغاز المتبقي (Tail Gas Treating) قد تتجاوز نسبة الاسترجاع 99.9%. ما يتبقى يُحرق في محرقة (Incinerator) قبل المدخنة.
وحدة ديزل تعالج 5,000 t/d من تغذية فيها 1.0 wt% كبريت، والمنتج مطلوب بـ 10 ppm.
S in feed = 5,000 × 0.010 = 50 t/d
S in product = 5,000 × 0.000010 = 0.05 t/d
الكبريت المنزوع نحو 49.95 t/d. يتحول كله تقريبًا إلى H2S، وكتلة H2S أكبر بنسبة 34 إلى 32:
H2S = 49.95 × 34 ÷ 32 ≈ 53.1 t/d
إذا كانت كفاءة وحدة Claus 97%، فإنها تنتج نحو 49.95 × 0.97 ≈ 48.5 t/d من الكبريت السائل. هذا الحساب يوضح الفكرة فقط: الميزان الحقيقي يشمل كل التيارات في المصفاة.
مخاطر H2S والسلامة
- H2S قاتل: رائحته كالبيض الفاسد عند التركيزات المنخفضة، لكنه يشل حاسة الشم عند نحو 100 ppm، وهو تركيز خطر فوري على الحياة (IDLH). عند تركيزات أعلى بكثير قد يفقد الإنسان وعيه بعد أنفاس قليلة.
- لا تعتمد على الأنف: استعمل كاشف H2S الشخصي دائمًا، واعرف اتجاه الريح ونقطة التجمع، ولا تدخل لإنقاذ مصاب دون جهاز تنفس.
- الهيدروجين: تسربه من الوحدات عالية الضغط يشتعل بسهولة، وقد يسبب الهيدروجين تحت الحرارة والضغط تلفًا داخل المعدن يسمى High Temperature Hydrogen Attack.
- كبريتيد الحديد: عند فتح المفاعلات والأوعية قد تشتعل رواسب FeS ذاتيًا في الهواء، لذلك تبقى رطبة أو تُعالج كيميائيًا قبل الفتح.
- حفر الكبريت السائل: الكبريت السائل يطلق H2S في الفراغ فوقه، ويجب تهويته ومراقبته.
- العمل في الأماكن المغلقة: تغيير الحفاز داخل المفاعل عمل في مكان مغلق، وغالبًا تحت جو من النيتروجين، ويحتاج تصريحًا وإجراءات خاصة.
خلاصة للمهندس
الكبريت يدخل المصفاة مع الخام ولا يختفي: الـ Hydrotreater ينقله من الوقود إلى غاز H2S، ووحدة الـ Amine تجمعه، ووحدة Claus تحوله إلى كبريت يُباع. أي خلل في هذه السلسلة يعني إما وقودًا خارج المواصفة، وإما انبعاثات SO2، وإما خطر H2S على الناس.
اختبر فهمك
دروس مرتبطة
- وحدات التحويل: FCC وHydrocracker وReformer
- وحدة التقطير الجوي والفراغي (CDU/VDU)
- تصريح العمل وتحليل مخاطر المهمة لعملية سلكلاين: دليل HSE عملي للمهندس والمشرف
المصادر
سؤال عن هذا المقال؟ اسأل المكتبة