گاز ترش چیست و چه خطراتی به همراه دارد؟

گاز طبیعی خانه‌های ما را گرم کرده، برق و بسیاری از محصولات مصرفی با ارزش را برای ما تأمین می‌کند.

گاز ترش هم یک نوع گاز طبیعی است که حاوی مقادیر قابل اندازه گیری سولفید هیدروژن (H ₂ S) است.

این گاز بی رنگ و قابل اشتعال است و می‌توان از آن برای بازیابی گوگرد استفاده کرد.

با این حال، گاز ترش خطرناک است و شرکت‌های انرژی باید به گونه‌ای ایمن و مسئولانه با آن برخورد کنند.

در این مقاله به بررسی گاز ترش، علل اهمیت آن، خطرات گاز ترش، عوامل ایجاد کننده گاز ترش، میدان‌های گاز ترش جهان و روش شیرین کردن گاز ترش خواهیم پرداخت.

1# گاز ترش چیست؟

گاز طبیعی که حاوی بیش از یک درصد H2S باشد، گاز ترش نامیده می‌شود.

گاز ترش، تولید یک گاز طبیعی است که با مقادیر قابل توجهی سولفید هیدروژن مخلوط شده، ماده‌ای که گازی سمی بوده و بوی بدی مانند تخم مرغ گندیده دارد.

هنگام تولید گاز ترش، باید مراحل ایمنی و فرآیند بیشتری را در حفاری و تولید انجام دهید.

H2S در غلظت‌های نسبتاً کم کاملاً سمی و کشنده است.

هنگام سوزاندن فرآورده‌های نفتی (معمولاً نفت کوره سنگین مورد استفاده در کوره‌ها) حاوی درصد بیشتری از گوگرد بوده، این گوگرد با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می‌شود و یک اسید سولفوریک یا هر ترکیب اسیدی گوگردی دیگر بسیار مضر تولید می‌کند.

از این رو با توجه به اثر اسیدی آن به ترش بودن معروف است.

بدیهی است که با توجه به این ناراحتی (محدودیت آلودگی هوا) قیمت هر بشکه نفت خام در بازار کمتر از قیمت نفت خام شیرین باشد؛ اما به دلیل پیشرفت در عمل پالایش فرآورده‌های نفتی سبک‌تر به‌ عنوان گازوئیل ممکن است سفره ‌زدایی شوند، یعنی محتوای گوگرد را با ترکیب این عنصر با هیدروژن کاهش می‌دهد، گوگرد هیدروژنه‌ شده به‌ عنوان واکنش سولفور در واکنش‌های دیگر تصفیه می‌شود.

تا آنجا که هزینه اقتصادی گوگردزدایی، با در نظر گرفتن ارزش گوگرد عنصری بازیافت شده است، گرمای تولیدی در این فرآیند و با استفاده از تجهیزات تلاش حرارتی مورد استفاده در سایر فرآیندهای پالایش، در نتیجه صرفه جویی در سوخت سوزانده شده برای تولید گرما صرفه جویی می‌شود.

از این رو تفاوت قیمت بین نفت خام ترش و شیرین چندان بزرگ یا قابل توجه نیست.

ملاحظات دیگری که باید در نظر گرفت نفت خام ترش ترک است، یعنی تفکیک نفت کوره سنگین توسط واکنش شیمیایی (کاتالیزور، گرما و فشار) برای به دست آوردن محصولات سبک‌تر.

2# علل اهمیت گاز ترش چیست؟

صنعت گاز ترش می‌تواند بخش مهمی از اقتصاد باشد.

گاز طبیعی خانه‌ها را گرم کرده، برق تولید می‌کند و بسیاری از محصولات مصرفی با ارزش را تأمین می‌کند.

گوگرد، به عنوان محصول جانبی گاز ترش، در ساخت کودها و بسیاری از محصولات شیمیایی دیگر استفاده می‌شود.

کانادا یکی از بزرگترین صادرکنندگان گوگرد در جهان است.

حفاری تنها راه مطمئن برای یافتن و تولید گاز طبیعی و تعیین ذخایر گاز طبیعی برای رفع نیازهای آینده است.

3# چرا رطوبت در فرآوری گاز ترش خطر ایجاد می‌کند؟

وجود رطوبت در گاز ترش می‌تواند مشکلات متعددی ایجاد کند. ممکن است با سولفید هیدروژن واکنش داده و اسید سولفوریک تولید کند که بسیار خورنده است.

به همین ترتیب، متراکم شدن دی اکسید کربن با بخار آب روی سطوح فلزی، یک محیط خورنده را تشکیل می‌دهد.

در هر مورد، خوردگی به خطوط لوله، تجهیزات و زیرساخت‌ها آسیب ‌رسانده و به صورت بالقوه منجر به نشت گاز، خرابی و خطرات ایمنی می‌شود.

دی اکسید کربن در حضور رطوبت در دماها و فشارهای خاص نیز می‌تواند به تشکیل هیدرات‌ها یا ترکیبات کریستالی جامد کمک کند.

این موارد به صورت بالقوه می‌توانند لوله کشی، شیرها یا سایر سیستم‌های پردازش را محدود یا مسدود کنند.

البته باید توجه داشت که میزان رطوبت مورد نیاز برای رسیدن به فشار بخار آب اشباع در گازهایی که سرشار از سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن هستند به صورت قابل توجهی بیشتر از رطوبت موجود در متان یا گاز طبیعی شیرین در همان دما است.

به این ترتیب، نقطه شبنم آب اندازه گیری شده در گاز ترش، صرف نظر از اصل اندازه گیری اعمال شده، به شکل قابل توجهی کمتر از گاز شیرین با رطوبت یکسان خواهد بود.

میزان رطوبت گاز شیرین می‌تواند تحت تأثیر فرآیندهای تصفیه مورد استفاده قرار گیرد.

این موارد می‌توانند مقداری از رطوبت موجود در جریان گاز را جذب کنند که حتی پس از بازسازی می‌تواند بر کارایی طولانی مدت حلال‌ها تأثیر منفی بگذارد.

کاهش رطوبت گاز فرآوری شده به سطح از پیش تعیین شده نیز برای اطمینان از این که گاز با کیفیت و مشخصات انتقال نگهداری مطابقت دارد، حیاتی است، در حالی که نظارت مؤثر بر سطوح رطوبت در سراسر شبکه فرآوری، حمل و نقل و توزیع گاز ترش و گاز شیرین، عاملی کلیدی در توانمندسازی پردازنده‌ها و اپراتورهای حمل و نقل برای بهینه سازی راندمان تولید و کنترل هزینه‌ها است.

1-3# نحوه اندازه گیری رطوبت در فرآوری گاز ترش

برای اندازه گیری میزان رطوبت در گاز ترش از ابزارهای مختلفی مانند آنالیز رطوبت، آنالایزر نقطه شبنم و رطوبت سنج استفاده می‌شود.

این دستگاه‌ها از اصول مختلفی مانند جذب، تراکم یا خواص الکتریکی برای تعیین میزان رطوبت موجود در گاز استفاده می‌کنند.

یکی از پرکاربردترین ابزارها مبتنی بر طیف ‌سنجی جذبی لیزر دیود قابل تنظیم (TDLAS) است، مانند Michell OptiPEAK TDL600.

به زبان ساده، این کار با استفاده از لیزر مادون قرمز تنظیم شده برای بررسی جذب گاز اندازه گیری شده انجام می‌شود.

این کار از طریق یک نمونه گاز، متمرکز می‌شود، جایی که برهمکنش بین فوتون‌های نور، گاز و مولکول‌های رطوبت باعث می‌شود که دومی نور را در رنگ‌ها یا خطوط جذب خاص به سمت خود بکشد.

سپس شدت نوری که از گاز عبور می‌کند، توسط یک آشکارساز عکس اندازه گیری می‌شود.

با اسکن طول موج لیزر در طیفی از طول موج‌های خاص، می‌توان یک طیف جذبی ایجاد کرد که ویژگی‌های گونه‌های گاز هدف را نشان می‌دهد و امکان شناسایی و تعیین کمیت آنها را فراهم می‌کند.

این موارد را می‌توان به سرعت و بسیار دقیق به دست آورد.

یکی از چالش‌های استفاده از TDLAS هنگام اندازه ‌گیری حجم مولکول‌های آب در یک نمونه گاز ترش، عدم قطعیت آن در رابطه با طیف‌های سولفید هیدروژن در ناحیه مادون قرمز است که اندازه‌ گیری‌های دقیق را دشوار می‌کند.

علاوه بر این، اگر غلظت‌های نسبتاً بالایی از دی اکسید کربن وجود داشته باشد، طیف جذب گاز و آب تا حدی با هم همپوشانی دارند و دی اکسید کربن یک اثر فشار مانند اعمال می‌کند که ارتفاع پیک جذب را سرکوب کرده و عرض اوج را گسترش می‌دهد.

در هر دو مورد، راه ‌حل استفاده از الگوریتم‌های نرم‌ افزاری پیشرفته است که به صورت خودکار اثرات هر گاز را جبران می‌کند تا نتایج منسجم و دقیقی تولید شود.

4# خطرات ناشی از گاز ترش

در این بخش به بررسی خطرات ناشی از گاز ترش خواهیم پرداخت.

1-4# اثرات سلامتی

این اثرات عبارت اند از:

• سولفید هیدروژن یک محرک غشای مخاطی و مجاری تنفسی است. اِدِم ریوی که ممکن است فوری یا تأخیری باشد، می‌تواند پس از قرار گرفتن در معرض غلظت‌های بالا رخ دهد.
• علائم مواجهه حاد شامل موارد زیر است:
  • حالت تهوع
  • سردرد
  • هذیان
  • اختلال در تعادل
  • لرزش
  • تشنج
  • و سوزش پوست و چشم
• استنشاق غلظت‌های بالای سولفید هیدروژن می‌تواند منجر به بیهوشی و مرگ بسیار سریع شود. قرار گرفتن در معرض گاز مایع می‌تواند، باعث آسیب سرمازدگی شود.

2-4# مواجهه حاد

سولفید هیدروژن می‌تواند باعث مهار سیستم آنزیم سیتوکروم اکسیداز و در نتیجه نرسیدن اکسیژن به سلول‌ها شود.

متابولیسم بی هوازی باعث تجمع اسید لاکتیک شده که منجر به عدم تعادل اسید و باز می‌شود.

سیستم عصبی و بافت‌های قلبی به ویژه در برابر اختلال متابولیسم اکسیداتیو آسیب پذیر هستند و مرگ اغلب نتیجه ایست تنفسی است.

سولفید هیدروژن همچنین موارد زیر را تحریک می‌کند:

• پوست
• چشم‌ها
• غشاهای مخاطی
• و مجاری تنفسی

اثرات ریوی ممکن است تا 72 ساعت پس از مواجهه آشکار نباشد.

کودکان همیشه مانند بزرگسالان به مواد شیمیایی واکنش نشان نمی‌دهند.

ممکن است پروتکل‌های مختلفی برای مدیریت مراقبت از آنها مورد نیاز باشد.

3-4# CNS

آسیب CNS پس از قرار گرفتن در معرض هیدروژن سولفید فوری و قابل توجه است.

در غلظت‌های بالا، تنها چند نفس می‌تواند منجر به موارد زیر شود:

• از دست دادن فوری هوشیاری
• کما
• فلج تنفسی
• تشنج
• و مرگ

تحریک CNS ممکن است قبل از افسردگی CNS باشد.

تحریک به صورت تحریک، تنفس سریع و سردرد ظاهر می‌شود.

افسردگی به صورت اختلال در راه رفتن، سرگیجه و کما ظاهر می‌شود که احتمالاً به سمت فلج تنفسی و مرگ پیش می‌رود.

علاوه بر این، کاهش توانایی بوییدن سولفید هیدروژن در غلظت‌های بیشتر از 100 ppm رخ می‌دهد.

4-4# تنفسی

سولفید هیدروژن استنشاقی در ابتدا بینی و گلو را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

غلظت‌های پایین (50ppm) می‌تواند به سرعت باعث تحریک بینی، گلو و دستگاه تنفسی تحتانی شود.

تظاهرات ریوی شامل سرفه، تنگی نفس و خونریزی برونش یا ریه است.

غلظت‌های بالاتر می‌تواند، برونشیت را تحریک کند و باعث تجمع مایع در ریه ها شود که ممکن است فوری یا تا 72 ساعت به تعویق بیفتد.

کمبود اکسیژن ممکن است، باعث رنگ آبی پوست شود.

کودکان ممکن است، نسبت به بزرگسالان در برابر عوامل خورنده آسیب ‌پذیرتر باشند؛ زیرا قطر راه‌های هوایی آنها کمتر است.

کودکان همچنین ممکن است به دلیل افزایش تهویه این گاز در مقیاس دقیقه به ازای هر کیلوگرم و عدم تخلیه سریع یک منطقه هنگام قرار گرفتن در معرض گاز آسیب پذیرتر باشند.

5-4# پوستی

قرار گرفتن در معرض طولانی مدت یا زیاد ممکن است، باعث موارد زیر شود:

• سوزش
• خارش
• قرمزی
• و التهاب دردناک پوست

قرار گرفتن در معرض گاز مایع می‌تواند باعث آسیب سرمازدگی شود.

6-4# چشمی

تحریک چشم ممکن است، منجر به التهاب (یعنی کراتوکونژونکتیویت) و کدر شدن سطح چشم شود.

علائم شامل تاری دید، حساسیت به نور و پلک زدن اسپاسمیک یا بسته شدن غیرارادی پلک است.

7-4# قرار گرفتن در معرض گاز ترش به صورت مزمن

سولفید هیدروژن در بدن انباشته نمی‌شود.

با این وجود، قرار گرفتن در معرض مکرر یا طولانی مدت باعث:

• کاهش فشار خون
• سردرد
• حالت تهوع
• کاهش اشتها
• کاهش وزن
• آتاکسی
• التهاب غشای چشم
• و سرفه مزمن

گزارش شده است.

علائم عصبی، از جمله اختلالات روانی، با قرار گرفتن در معرض مزمن همراه است.

قرار گرفتن در معرض مزمن ممکن است برای کودکان جدی‌ تر باشد؛ زیرا دوره نهفتگی آنها طولانی ‌تر خواهد بود.

8-4# اثرات تولید مثل و رشد

شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد، قرار گرفتن در معرض هیدروژن اثرات رشدی سولفید ممکن است با افزایش خطر سقط جنین خود به خودی همراه باشد.

هیچ اطلاعاتی در مورد انتقال سولفید هیدروژن به جفت یا دفع سولفید هیدروژن در شیر مادر یافت نشد.

هیچ مطالعه ای در مورد اثرات رشدی در انسان در معرض سولفید هیدروژن وجود ندارد.

با این حال، نتایج مطالعات حیوانی نشان می دهد که سولفید هیدروژن ممکن است، یکی از سموم عصبی رشدی باشد. سولفید هیدروژن در TERIS یا کاتالوگ عوامل تراتوژن Shepard ذکر نشده است.

همچنین در سموم تولید مثل و رشد، گزارشی که در سال 1991 توسط اداره حسابداری عمومی امریکا (GAO) منتشر شد، گنجانده نشده که 30 ماده شیمیایی نگران کننده را به دلیل پیامدهای تولید مثلی و رشدی به صورت گسترده تأیید کرده است.

5# عوامل ایجاد گاز ترش

همانند گاز طبیعی، H2S در طول هزاران سال از مواد گیاهی و جانوری در حال پوسیدگی که در معرض گرما و فشار فوق ‌العاده بوده‌اند، تشکیل می‌شود.

CO2 از سوختن مؤثر و ایمن گاز طبیعی جلوگیری می‌کند. به این دو  گاز اسیدی نیز می‌گویند.

همانگونه که اسید می‌تواند میوه‌ها را ترش کند، همین نتیجه را برای گاز طبیعی نیز به ارمغان می‌آورد.

پس از جمع آوری گاز طبیعی ترش، حذف این ترکیبات باید اولین کار باشد.

سولفید هیدروژن به صورت طبیعی از مواد آلی پوسیده تولید می‌شود و از:

• لجن فاضلاب
• کود مایع
• چشمه‌های آب گرم گوگردی
• و گاز طبیعی

آزاد می‌شود.

این گاز، محصول فرعی بسیاری از فرآیندهای صنعتی از جمله موارد زیر است:

• پالایش نفت
• دباغی
• معدن
• پردازش خمیر چوب
• تولید ابریشم مصنوعی
• فرآوری چغندر قند
• و روسازی آسفالت گرم

سولفید هیدروژن برای تولید گوگرد عنصری، اسید سولفوریک و آب سنگین برای راکتورهای هسته‌ای استفاده می‌شود.

6# میدان‌های گاز ترش جهان

مهمترین میدان‌های گاز ترش  در جهان به صورت زیر هستند:

1-6# میدان شاه در امارات

دارای حدود 480 میلیارد متر مکعب گاز با حدود 23 درصد سولفید هیدروژن (H2S) است که آن را به یکی از ترش ترین میادین گازی در جهان تبدیل می‌کند.

این میدان که در سال 1966 کشف شد، توسط ADNOC با مشارکت Occidental Petroleum توسعه یافت.

گوگرد به دست آمده از میدان شاه در تولید کودها، مواد شیمیایی و برای مقاصد صادراتی استفاده می‌شود.

2-6# میدان غوار در عربستان سعودی

که عمدتاً به خاطر ذخایر عظیم نفتی خود شناخته می‌شود، همچنین دارای ذخایر قابل توجه گاز ترش است، اگرچه ارقام دقیق به صورت گسترده فاش نشده است.

محتوای گاز ترش می‌تواند تا 15 درصد برسد.

این میدان که در سال 1948 کشف شد، توسط آرامکو عربستان مدیریت می‌شود.

گوگرد غور برای تولید مواد شیمیایی داخلی استفاده و به بازارهای جهانی نیز صادر می‌شود.

3-6# میدان میعانات گازی پارس جنوبی و گنبد شمالی

که بین ایران و قطر مشترک است، حدود 51 تریلیون متر مکعب گاز (TCM) گاز دارد که آن را به بزرگترین میدان گازی جهان تبدیل می‌کند.

این میدان که در سال 1990 در ایران و 1971 در قطر کشف شد، حاوی سطوح مختلفی از H2S است.

این میدان توسط شرکت ملی نفت ایران (NIOC)، پترولیوم قطر (QP) و شرکای مختلف بین المللی توسعه یافته است.

گوگرد از این میدان صادر شده و در تولید کود و مصارف صنعتی استفاده می‌شود.

4-6# خرسانیه در عربستان سعودی

دارای ذخایر گاز قابل توجهی با سطح H2S در حدود 10 تا 15 درصد است.

این میدان که در سال 1957 کشف شد، بخشی از عملیات گسترده آرامکوی سعودی است.

گوگرد بازیافت شده داخل کشور مورد استفاده قرار می‌گیرد و برای تولید مواد شیمیایی و کودهای شیمیایی صادر می‌شود.

5-6# بدر الدین در مصر

بخشی از عملیات صحرای غربی، دارای ذخایر گاز قابل توجهی با سطح H2S در حدود 5 تا 10 درصد است.

این میدان که در دهه 1980 کشف شد، توسط شرکت جنرال نفت مصر (EGPC) و شرکت آپاچی توسعه یافت.

گوگرد حاصل از این میدان در صنایع داخلی و صادرات استفاده می‌شود.

6-6# میدان شورتان در ازبکستان

دارای حدود 480 میلیارد متر مکعب گاز با سطح H2S تا 15 درصد است.

این میدان که در دهه 1980 کشف شد، توسط ازبک نفت گاز و لوک اویل مدیریت می‌شود.

گوگرد در صنایع شیمیایی داخلی استفاده و صادر می‌شود.

7-6# Hassi R’Mel در الجزایر

بزرگترین میدان گازی این کشور، حدود 2.4 تریلیون متر مکعب (TCM) گاز با حدود 10 درصد H2S دارد.

در سال 1956 کشف شد و توسط Sonatrach مدیریت می‌شود.

گوگرد در تولید کود داخلی و برای صادرات استفاده می‌شود.

8-6# میدان اورنبورگ روسیه

دارای حدود 425 میلیارد متر مکعب گاز با سطح H2S بین 8 تا 12 درصد است.

این میدان که در سال 1966 کشف شد، توسط گازپروم مدیریت می‌شود.

گوگرد در صنایع داخلی استفاده شده و برای تولید کود و مواد شیمیایی صادر می‌شود.

9-6# سازند خوف در عربستان سعودی

دارای بیش از 8.5 تریلیون متر مکعب گاز (TCM) است که سطح H2S در برخی مناطق به 20 درصد می‌رسد.

این سازند طی چندین دهه با اکتشافات قابل توجه در دهه‌های 1970 و 1980 شناسایی شد.

این گوگرد که توسط آرامکو عربستان مدیریت شده، برای کاربردهای صنعتی و صادرات استفاده می‌شود.

7# روش‌های شیرین کردن گاز ترش

در پالایشگاه‌های نفت یا کارخانه‌های فرآوری گاز طبیعی، حذف سولفید هیدروژن و سایر ترکیبات ارگانوسولفور به عنوان شیرین کردن گاز ترش شناخته می‌شود.

محصول شیرین شده فاقد بوی ترش و بد مرکاپتان‌ها و سولفید هیدروژن است.

قبل از این که بتوان از گاز طبیعی خام حاوی سولفید هیدروژن یا دی اکسید کربن استفاده کرد، گاز خام باید برای حذف آن ناخالصی‌ها تا سطوح قابل قبول، معمولاً با فرآیند مورد نیاز، تصفیه شود.

موارد حذف شده اغلب متعاقباً در فرآیند Claus به گوگرد عنصری فرعی تبدیل می‌شود یا می‌توان آن را در واحد فرآیند اسید سولفوریک مرطوب که محصول جانبی آن اسید سولفوریک است، شیرین کرد.

متناوباً، گاز H2S با غلظت بالا، محصول جانبی کارخانه تصفیه، می‌تواند توسط واحدهای کمپرسور گاز که به شکل خاص برای کنترل گاز بسیار سمی طراحی شده‌اند، مجدداً فشرده شده و دوباره در مخزن تزریق شود.

علاوه بر استفاده از فرآیند کلاوس، ردوکس مایع به شکل فزاینده ای محبوب می‌شود.

یکی دیگر از محصولات حذف شده در هنگام شیرین کردن سولفید کربونیل است.