تولید دی متیل دی سولفید ( DMDS ) و دی متیل سولفوکسید ( DMSO ) از جریان های جانبی گوگردی پالایشگاه ها ; رویکردی نوین در بازیابی مواد شیمیایی با ارزش

مقدمه

صنایع پالایش نفت ، گاز و پتروشیمی علاوه بر تولید سوخت ها و محصولات اصلی ، با جریان های جانبی متعددی مواجه هستند که حاوی ترکیبات گوگردی و مواد آلی مختلف اند . مدیریت این جریان ها از نظر زیست محیطی ،  اقتصادی و عملیاتی اهمیت زیادی دارد . در بسیاری از نموارد ، بخشی از این مواد می تواند به عنوان خوراک ثانویه در فرآیندهای شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد و به محصولات صنعتی با ارزش افزوده تبدیل شود .

یکی از رویکردهای مهم در توسعه فناوری های شیمیایی ، بررسی امکان بازیابی و تبدیل ترکیبات گوگردی موجود در جریان های جانبی پالایشگاهی به مواد شیمیایی قابل فروش است . دی متیل دی سولفید ( Dimethyl Disulfide یا DMDS ) و دی متیل سولفوکسید ( Dimethyl Sulfoxide یا DMSO ) دو ماده شیمیایی مهم هستند که به دلیل ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاص خود ، در صنایع مختبف کاربرد دارند .

توسعه مسیرهای مناسب برای تولید این مواد از جریان های جانبی گوگردی ، در صورت سازگاری ترکیب خوراک با فرآیند مورد نظر ، می تواند زمینه استفاده بهتر از منابع موجود ، کاهش اتلاف مواد و ایجاد ارزش افزوده در زنجیره صنایع نفت و شیمی را فراهم کند .

جریان های جانبی گوگردی پالایشگاهی و اهمیت بازیابی آن ها

در واحدهای پالایش نفت و گاز ، جریان های مختلفی در جریان عملیات فرآیندی ، شیرین سازی ، حذف ترکیبات گوگردی و پالایش مواد هیدروکربنی ایجاد می شوند . ترکیب این جریان ها ذبه نوع خوراک ، فناوری مورد استفاده و شرایط عملیاتی واحد بستگی دارد .

برخی از این جریان ها ممکن است حاوی ترکیباتی مانند سولفید هیدروژن ، مرکاپتان ها ، سولفید ها ، دی سولفید ها و سایر ترکیبات آلی گوگرددار باشند . در کنار این مواد ، احتمال وجود آب ، هیدروکربن ها و ناخالصی های دیگر نیز وجود دارد .

اصطلاح DSO ممکن است در واحدهای صنعتی مختلف برای جریان هایی با ترکیب و منشاء متفاوت استفاده شود ; ینابراین ، نمی توان بدون بررسی آنالیز خوراک ، ترکیب مشخصی را به همه جریان های موسوم به DSO نسبت داد .

ارزیابی دقیق این جریان ها از طریق نمونه برداری و آنالیز شیمیایی ، نخستین گام برای تعیین امکان بازیابی مواد با ارزش است . این ارزیابی مشخص می کند که آیا جریان مورد نظر قابلیت استفاده مستقیم به عنوان خوراک فرآیندی را دارد یا ابتدا باید تحت عملیات جداسازی ، تصفیه یا تبدیل شیمیایی قزاز گیرد .

دی متیل دی سولفید ( DMDS ) چیست ؟

دی متیل دی سولفید با فرمول شیمیایی CH3-S-S-CH3 و فرمول مولکولی C2H6S2 ، یک ترکیب آلی گوگرددار با بوی بسیار قوی و مشخص است . این ماده در دمای محیط به صورت مایع وجود دارد و به دلیل ساختار دارای پیوند دی سولفیدی ، در برخی فرآیندهای صنعتی به عنوان یک ماده شیمیایی تخصصی مورد استفاده قرار می گیرد .

کاربردهای صنعتی DMDS

مهم ترین اربردهای دی متیل دی سولفید ( DMDS ) عبارتند از :

• صنایع پالایش نفت : استفاده به عنوان عامل سولفید کننده در فعال سازی یا آماده سازی برخی کاتالیست های مورد استفاده در فرآیندهای پالایشگاهی .
• صنایع پتروشیمی : استفاده به عنوان ماده شیمیایی فرآیندی در کاربردهای تخصصی و مشخص .
• تولید مواد شیمیایی : استفاده به عنوان ماده اولیه یا واسطه در برخی مسیرهای سنتز شیمیایی .
• فرآیندهای کاتالیستی : تامین گوگرد مورد نیاز در عملیات سولفیداسیون برخی کاتالیست ها ، مطبق دستورالعمل فرآیندی .

با توجه به نقش DMDS در فرآیندهای پالایشگاهی ، کیفیت محصول ، خلوص شیمیایی ، میزان ناخالصی ها و پایداری آن از عوامل مهم در تعیین قبلیت مصرف صنعتی هستند .

رویکردهای تولید DMDS

تولید صنعتی DMDS معمولاً برپایه شیمی ترکیبات گوگرددار و واکنش های مناسب برای تشکیل پیوند دی سولفیدی انجام می شود . انتخاب مسیر تولید به مواد اولیه در دسترس ، مشخصات محصول نهایی و الزامات ایمنی و زیست محیطی بستگی دارد .

در بررسی امکان تولید DMDS از جریان های جانبی گوگردی ، باید مشخص شود که ترکیبات موجود در خوراک تا چه اندازه با مسیر واکنشی انتخاب شده سازگارند . وجود گوگرد در یک جریان به تنهایی به معنی امکان تبدیل مستقیمآن به DMDS نیست ;  زیرا ساختار مولکولی ، حالت اکسایش گوگرد و وجود گروه های آلی مناسب در مسیر تبدیل اهمیت تعیین کننده دارند .

در نتیجه ، استفاده از جریان جانبی پالایشگاهی برای تولید این محصول مستلزم شناسایی ترکیبات قابل استفاده ، تعیین پیش نیازهای آماده سازی خوراک و ارزیابی فنی مسیر تولید است .

دی متیل سولفوکسید ( DMSO ) چیست ؟

دی متیل سولفوکسید با فرمول مولکولی C2H6OS و ساختار CH3-S(0)-CH3 ، یک ترکیب آلی گوگرددار قطبی است که به دلیل قدرت حل کنندگی بالا ، در صنایع شیمیایی و دارویی کاربرد گسترده ای دارد .

DMSO معمولاً به صورت مایعی بی رنگ و جاذ رطوبت شناخته می شود . این ماده قابلیت حل کردن بسیاری از ترکیبات آلی و برخی مواد معدنی را دارد و در فرآیندهایی که به یک حلال قطبی با قدرت حل کنندگی بالا نیاز دارند ، مورد توجه قرار گرفته است .

کاربردهای صنعتی DMSO

• صنایع شیمیایی : استفاده به عنوان حلال در واکنش های شیمیایی و عملیات استخراج و جداسازی
• صنایه دارویی : استفاده در برخی کاربردهای دارویی و فرمولاسیون های تخصصی ، با رعایت الزامات کیفی مربوط .
• صنایع پلی مری : استفاده در برخی فرآیندهای مرتبط با تولید ، آماده سازی یا پردازش مواد پلی مری و
• صنایع الکترونیک : استفاده در برخی عملیات شیمیایی تخصصی و کاربردهای مرتبط با مواد پیشرفته .
• تحقیقات و آزمایشگاه ها : استفاده به عنوان حلال در سنتز ، آماده سازی نمونه ها و مطالعات شیمیایی .

کیفیت DMSO بسته به کاربرد نهایی متفاوت است . محصول مورد استفاده در کاربردهای صنعتی عمومی ممکن است با محصول مورد نیاز برای مصارف دارویی یا الکترونیکی از نظر خلوص و حدود ناخالصی ها تفاوت داشته باشد .

تفاوت DMDS و DMSO از نظر ساختار و کاربرد

باوجود اینکه هر دو ماده حاوی گوگرد هستند ، تفاوت ساختاری آنها باعث می شود ویژگی ها و کاربردهای متفاوتی داشته باشند .

این تفاوت ها نشان می دهد که تولید هر یک از این محصولات به مسیر شیمیایی اختصاصی خود نیاز دارد . بنابراین ، امکان تولید هر دو محصول از یک جریان جانبی باید به صورت مستقل از نظر ترکیب خوراک ، مسیر واکنش ، تجهیزات مورد نیاز و اقتصاد فرآیند ارزیابی شود .

امکان استفاده از جریان های جانبی گوگردی برای تولید محصولات با ارزش

تبدیل جریان های جانبی پالایشگاهی به مواد شیمیایی قابل فروش ، زمانی از نظر فنی و اقتصادی قابل بررسی است که ترکیبات موجود در خوراک با مسیر تولید محصول هدف تناسب داشته باشند .

در مورد DMDS ، وجود گونه های گوگردی مناسب و مواد لازم برای ایجاد ساختار مولکولی محصول اهمیت دارد . در مورد DMSO نیز مسیر تولید باید امکان ایجاد گروه سولفوکسید را فراهم کند و محصول نهایی از نظر خلوص و میزان ناخالصی ها به مشخصات مورد نیاز بازار برسد .

بر این اساس ، توسعه ی یک طرح صنعتی برای بازیابی مواد شیمیایی از جریان DSO باید بر چند مرحله اصلی استوار باشد :

1 – شناسایی خوراک : تعیین منشا جریان ، ترکیب شیمیایی ، میزان آب ، ترکیبات گوگردی ، مواد آلی و ناخالصی ها .

2 – انتخاب مسیر فرآیندی : بررسی سازگاری ترکیب خوراک با مسیرهای شناخته شده تولید DMDS یا DMSO و تعیین نیاز به پیش تصفیه یا تبدیل اولیه .

3 – توسعه و ارزیابی فرآیند : بررسی امکان پذیری واکنش ها ، انتخاب روش جداسازی و خالص سازی و تعیین کیفی محصول قابل دستیابی .

4 – ارزیابی فنی و اقتصادی : بررسی مصرف مواد اولیه ، انرژی ، کاتالیست ها و مواد کمکی ، هزینه تصفیه جریان های جانبی و ارزش فروش محصول .

5 – طراحی صنعتی و کنترل کیفیت : تعیین الزامات تجهیزات ، کنترل شرایط عملیاتی ، مدیریت ایمنی و محیط زیست و تدوین مشخصات فنی محصول نهایی

این رویکرد از انتخاب یک مسیر تولید براساس نام جریان خوراک جلوگیری می کند و تصمیم گیری را بر مبنای ترکیب واقعی و داده های قابل اندازه گیری قرار می دهد .

نقش جداسازی و خالص سازی در تولید محصولات گوگردی

در بساری از فرآیندهای شیمیایی ، تولید ترکیب هدف تنها بخشی از عملیات است و جداسازی ناخالصی ها و رساندن محصول به کیفیت مورد نیاز بازار اهمیت مشابهی دارد .

در مسیرهای تولید DMDS ، لازم است ترکیبات واکنش نداده ، مواد جانبی و ناخالصی های گوگردی براساس ویژگی های  خوراک و محصول نهایی کنترل شوند . در تولید DMSO نیز کیفیت محصول به میزان مواد اولیه واکنش نداده ، محصولات جانبی ، آب و سایر ناخالصی های احتمالی وابسته است .

انتخاب روش های مناسب جداسازی و خالص سازی باید براساس ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مخلوط انجام شود . استفاده از تجهیزات جداسازی ، سامانه های بازیابی مواد و روش های کنترل کیفیت می تواند بر خلوص محصول ، بازده کلی و هزینه بهره برداری تاثیر مستقیم داشته باشد .

از این رو ، در طراحی چنین پروژه هایی ، بررسی واحدهای جداسازی و خالص سازی باید از مراحل ابتدایی توسعه فرآیند در نظر گرفته شود ، نه اینکه صرفاًبه عنوان مرحله ای جانبی پس از تولید محصول به آن پرداخته شود .

ملاحظات زیست محیطی و ایمنی

کار با جریان های جانبی گوگردی و مواد آلی گوگرد دار نیازمند رعایت الزامات ویژه ایمنی و حفاظت محیط زیست است . برخی از این جریان ها ممکن است حاوی مواد سمی ، خورنده ، بدبو یا قابل اشتعال باشند و ترکیب آن ها نیز ممکن است در طول زمان تغییر کند .

در طراحی و بهره برداری از واحدهای مرتبط ، موضوعاتی مانند کنترل انتشار بخارات ، جلوگیری از نشت ، مدیریت پساب و پسماند ، سازگاری مواد سازنده تجهیزات و پایش شرایط عملیاتی اهمیت زیادی دارند .

DMDS نیز به دلیل بوی شدید و ویژگی های خطرناک خود ، به کنترل مناسب مواجهه شغلی و انتشار نیاز دارد . DMSO اگرچه از نظر خواص با DMDS متفاوت است می تواند جذب پوستی برخی مواد را افزایش دهد ; بنابراین ، جلوگیری از تماس پوستی و رعایت الزامات ایمنی در هنگام کار با آن ضروری است .

هرگونه توسعه صنعتی در این حوزه باید برپایه ارزیابی خطر ، طراحی مناسب تجهیزات ، دستورالعمل های بهره برداری و مدیریت مسئولانه جریان های جانبی انجام شود .

ارزیابی اقتصادی و ایجاد ارزش افزوده

از دیدگاه اقتصادی ، استفاده از جریان های جانبی پالایشگاهی برای تولید محصولات شیمیایی زمانی جذاب است که هزینه تامین و آماده سازی خوراک ، هزینه تبدیل و خالص سازی و هزینه های عملیاتی در مقایسه با ارزش محصول نهایی توجیه پذیر باشند .

در چنین ارزیابی ای ، تنها قیمت فروش DMDS یا DMSO تعیین کننده نیست . خلوص مورد نیاز مشتری ، میزان بازیابی محصول ، مصرف انرژی ، عمر کاتالیست ، هزینه کنترل آلایندگی ، تجیزات ایمنی و مدیریت پسماند نیز باید در محاسبات لحاظ شوند .

از طرف دیگر ، استفاده موثر از مواد موجود در جریان های جانبی می تواند به کاهش اتلاف منابع و افزایش ارزش افزوده زنجیره تولید کمک کند . با این حال ، این مزیت تنها زمانی محقق می شود که مسیر انتخاب شده از نظر فنی قابل اجرا و از نظر اقتصادی رقابت پذیر باشد .

رویکرد کاسپین شیمی در توسعه راه کارهای شیمیایی

کاسپین شیمی با تمرکز بر توسعه و تولید مواد شیمیایی صنعتی ، می تواند امکان بازیابی و تبدیل جریان های جانبی دارای ترکیبات گوگردی را به عنوان یکی از زمینه های توسعه فناوری بررسی کند .

در این مسیر ، شناخت دقیق خوراک ، انتخاب مسیر مناسب تولید ، طراحی مراحل جداسازی و خالص سازی و ارزیابی کیفیت محصول نهایی از ارکان توسعه فرآیند محسوب می شوند .

هدف از چنین رویکردی ، حرکت به سوی استفاده کارآمادتر از مواد اولیه ، توسعه محصولات شیمیایی با ارزش افزوده و بررسی راه کارهای فنی متناسب با نیاز صنایع نفت ، گاز ، پالایش و پتروشیمی است .

امکان تولید DMDS و DMSO از یک جریان جانبی مشخص ، باید پس از بررسی آنالیز خوراک و انجام مطالعات امکان سنجی تعیین شود . این ارزیابی می تواند مبنای انتخاب مسیر فرآیندی ، برآورد سرمایه گذاری و تدوین برنامه توسعه صنعتی قرار گیرد .

جمع بندی

تولید مواد شیمیایی با ارزش از جریان های جانبی پالایشگاهی ، یکی از زمینه های قابل بررسی برای افزایش بهره وری منابع و توسعه زنجیره ارزش در صنایع نفت و شیمی است . دی متیل دی سولفید ( DMDS ) و دی متیل سولفوکسید ( DMSO ) به دلیل کاربردهای صنعتی متفاوت ، می توانند در مطالعات امکان سنجی چنین پروژه هایی مورد توجه قرار گیرند .

با این حال ، دستیابی به محصول قابل فروش

از جریان DSO مستلزم شناسایی دقیق ترکیب خوراک ، انتخاب مسیر شیمیایی مناسب ، توسعه مراحل تبدیل و خالص سازی و اثبات توجیه فنی و اقتصادی است . بررسی نظام مند این عوامل می تواند زمینه توسعه راه کارهای بومی و ایجاد ارزش افزوده در صنایع شیمیایی و پالایشگاهی را فراهم سازد .

کاسپین شیمی با رویکرد توسعه فناوری و تولید مواد شیمیایی صنعتی ، ظرفیت بررسی و توسعه چنین راه کارهایی را در راستای پاسخگویی به نیازهای صنایع نفت ، گاز و پتروشیمی دنبال می کند .