در این مقاله می خوانید:
صنایع نفت و گاز یکی از بزرگ‌ترین ارکان اقتصاد جهانی محسوب می‌شوند و کیفیت و ترکیب گازهای استخراج‌شده، نقش تعیین‌کننده‌ای در بهره‌برداری اقتصادی و ایمنی این صنایع دارد. در میان انواع گازهای طبیعی، اصطلاحی به نام گاز ترش وجود دارد که اهمیت بسیاری در فرآیندهای پالایش و بهره‌برداری دارد.
گاز ترش به دلیل داشتن ترکیبات اسیدی و سمی مانند هیدروژن سولفید (H₂S) و دی‌اکسید کربن (CO₂) شناخته می‌شود. این ترکیبات نه‌تنها مشکلات فنی در خطوط انتقال و تجهیزات ایجاد می‌کنند، بلکه خطرات جدی برای محیط زیست و سلامت انسان نیز به همراه دارند.
شناخت دقیق گاز ترش، تفاوت آن با گاز شیرین، روش‌های تصفیه و استانداردهای ایمنی مرتبط، از ضرورت‌های کلیدی برای فعالان حوزه انرژی و صنایع فولاد، پتروشیمی و پالایشگاه‌هاست. در ادامه این مقاله، به‌صورت جامع به بررسی علمی و کاربردی گاز ترش می‌پردازیم.
تعریف گاز ترش و تفاوت آن با گاز شیرین
گاز ترش (Sour Gas) اصطلاحی است که در صنایع نفت و گاز برای توصیف گاز طبیعی یا فرآیندی به‌کار می‌رود که حاوی مقدار قابل توجهی از ترکیبات اسیدی و خورنده باشد. مهم‌ترین این ترکیبات عبارت‌اند از:
- هیدروژن سولفید (H₂S): گازی بسیار سمی، خورنده و قابل اشتعال که بوی مشخصی شبیه تخم‌مرغ فاسد دارد.
- دی‌اکسید کربن (CO₂): گازی بی‌رنگ و بی‌بو که خاصیت اسیدی دارد و در حضور رطوبت باعث ایجاد خوردگی در تجهیزات می‌شود.
وجود این ناخالصی‌ها نه‌تنها خطرات ایمنی و زیست‌محیطی به همراه دارد، بلکه کیفیت و ارزش اقتصادی گاز را نیز کاهش می‌دهد. برای مثال، H₂S در صورت نشت میتواند در مدت کوتاهی جان انسان‌ها را تهدید کند و CO₂ نیز ارزش حرارتی گاز را پایین می‌آورد. به همین دلیل، گاز ترش بدون شیرینسازی (Gas Sweetening) قابل استفاده مستقیم نیست.
در مقابل، گاز شیرین (Sweet Gas) به گازی گفته می‌شود که فاقد این ناخالصی‌های مضر باشد یا میزان آن‌ها بسیار کمتر از حد مجاز استانداردهای بین‌المللی باشد. بر اساس معیارهای فنی، اگر غلظت H₂S در گاز کمتر از 400 ppm باشد، آن گاز به‌عنوان گاز شیرین طبقه‌بندی می‌شود.
جدول مقایسه گاز ترش و گاز شیرین
ویژگی‌ها | گاز ترش | گاز شیرین |
ترکیب اصلی | حاوی هیدروژن سولفید (H₂S) و دی‌اکسید کربن (CO₂) در غلظت بالا | فاقد H₂S و CO₂ یا مقادیر بسیار ناچیز در حد مجاز |
بو | بوی تخم‌مرغ گندیده به دلیل وجود H₂S | بدون بو یا با بوی بسیار ملایم |
ایمنی | بسیار سمی و خورنده، خطرناک برای انسان و تجهیزات | ایمن‌تر و قابل استفاده مستقیم |
ارزش حرارتی | کاهش‌یافته به دلیل وجود ناخالصی‌ها | ارزش حرارتی بالا و مطلوب |
قابلیت مصرف مستقیم | ندارد. (نیاز به شیرین سازی و تصفیه) | دارد، قابل تزریق مستقیم به شبکه توزیع |
تاثیر بر تجهیزات | ایجاد خوردگی شدید و ترک‌خوردگی در لوله‌ها و مخازن | کمترین میزان خوردگی و آسیب به تجهیزات |
کاربرد اصلی | پس از شیرینسازی قابل استفاده است (تولید انرژی، پتروشیمی، فولاد، صادرات) | مستقیماً در مصارف خانگی، صنعتی و صادراتی کاربرد دارد |
الزامات زیست محیطی | انتشار آن منجر به باران اسیدی و آلودگی خاک و آب می‌شود. | تاثیر زیست‌محیطی کمتر و کنترل‌شده‌تر |
ترکیبات اصلی موجود در گاز ترش
یکی از ویژگی‌های اساسی گاز ترش، وجود ناخالصی‌های اسیدی و خورنده در ترکیب آن است. مهم‌ترین اجزای گاز ترش عبارت‌اند از:
هیدروژن سولفید (H₂S)
- بی‌رنگ، بسیار سمی، با بوی تخم‌مرغ گندیده.
- در غلظتهای بالا کشنده و عامل اصلی خطرات انسانی.
- خورندگی شدید تجهیزات فلزی.
دی‌اکسید کربن (CO₂)
- بی‌رنگ و بی‌بو، غیرقابل اشتعال.
- باعث کاهش ارزش حرارتی گاز.
- خورنده در حضور رطوبت.
ترکیبات فرعی دیگر
- مرکاپتان‌ها (با بوی تند و زننده).
- نیتروژن (کاهش ارزش حرارتی).
- بخار آب (عامل تشکیل اسیدهای خورنده).
ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی گاز ترش
گاز ترش به دلیل وجود ترکیبات اسیدی مثل H₂S و CO₂، مجموعه‌ای از ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی خاص دارد که آن را از گاز شیرین متمایز می‌کند. این ویژگی‌ها هم بر رفتار گاز در محیط اثر می‌گذارند و هم بر طراحی تجهیزات و الزامات ایمنی صنایع مرتبط.
- خاصیت اسیدی
- زمانی که H₂S یا CO₂ با رطوبت موجود در خطوط انتقال یا محیط ترکیب شوند، به ترتیب اسید سولفوریک (H₂SO₄) و اسید کربنیک (H₂CO₃) تشکیل می‌دهند.
- این اسیدها خاصیت خورندگی بسیار بالایی دارند و می‌توانند به سرعت دیواره لوله‌ها و مخازن را تخریب کنند.
- همین خاصیت است که الزام استفاده از مواد مقاوم به خوردگی مانند فولادهای آلیاژی یا پوشش‌های خاص را در خطوط انتقال گاز ترش به وجود می‌آورد.
- خورندگی بالا
- خورندگی ناشی از گاز ترش به‌ویژه در حضور رطوبت، به شکل خوردگی سولفیدی و ترک‌خوردگی تنشی (Sulfide Stress Cracking) ظاهر می‌شود.
- این نوع خوردگی به مرور زمان باعث ایجاد حفره‌ها و ترک‌های ریز در تجهیزات می‌شود که در نهایت منجر به شکست ناگهانی لوله‌ها یا مخازن خواهد شد.
- خوردگی ناشی از گاز ترش یکی از پرهزینه‌ترین مشکلات در صنایع نفت و گاز است و میلیاردها دلار هزینه سالانه به همراه دارد.
- واکنش‌پذیری
- H₂S یک گاز بسیار فعال است که میتواند با فلزات موجود در لوله‌ها واکنش داده و سولفیدهای فلزی تشکیل دهد. این واکنش‌ها باعث کاهش استحکام مکانیکی و کوتاه شدن عمر مفید تجهیزات می‌شوند.
- علاوه بر این، تجمع سولفیدهای فلزی میتواند عملکرد تجهیزات را مختل کرده و جریان گاز را محدود کند.
- بی‌رنگ و سنگین‌تر از هوا
- گاز ترش در حالت طبیعی بی‌رنگ است و به همین دلیل با چشم غیرمسلح قابل تشخیص نیست.
- به دلیل سنگین‌تر بودن از هوا، در فضاهای بسته مانند تونل‌ها، اتاقک‌های زیرزمینی یا مناطق کم‌تهویه به سرعت تجمع پیدا می‌کند.
- این ویژگی خطر خفگی را برای کارکنان به شدت افزایش می‌دهد و اهمیت سیستم‌های تهویه و سنسورهای پایش را دوچندان می‌کند.
- بوی مشخص هیدروژن سولفید (H₂S)
- H₂S در غلظتهای پایین بوی مشخصی شبیه تخم‌مرغ گندیده دارد که معمولاً به‌عنوان اولین هشدار نشت گاز شناخته می‌شود.
- با این حال، در غلظتهای بالاتر، این گاز باعث بی‌حسی حس بویایی می‌شود. این یعنی فرد در معرض غلظت خطرناک قرار دارد ولی دیگر بویی احساس نمی‌کند. همین ویژگی، H₂S را به یک قاتل خاموش تبدیل کرده است.
منابع تشکیل گاز ترش در طبیعت و صنعت
مخازن نفت و گاز
بزرگ‌ترین و اصلی‌ترین منبع گاز ترش در جهان، مخازن نفت و گاز طبیعی هستند. این منابع در طی میلیون‌ها سال از تجزیه مواد آلی حاوی گوگرد به‌وجود آمده‌اند. در بسیاری از میدان‌های گازی، به‌ویژه در خاورمیانه مانند میدان گازی پارس جنوبی، غلظت بالایی از H₂S و CO₂ وجود دارد که گاز تولیدی را به‌طور ذاتی ترش می‌کند. استخراج چنین گازهایی بدون فرآیند شیرینسازی امکان‌پذیر نیست، زیرا هم ارزش حرارتی گاز پایین‌تر است و هم خطرات ایمنی و زیست‌محیطی به همراه دارد.
فرآیندهای زمین‌شناسی
در دل زمین، واکنش‌های پیچیده‌ای در طول زمان رخ می‌دهد. یکی از این واکنش‌ها تجزیه مواد آلی گوگرددار تحت فشار و دمای بالا است که منجر به آزادسازی گازهایی مانند H₂S می‌شود. این گاز در ترکیب با دیگر اجزای طبیعی به صورت گاز ترش در مخازن گازی تجمع می‌یابد. بنابراین حتی در مناطقی که میدان نفتی یا گازی وجود ندارد، امکان آزاد شدن گازهای اسیدی از اعماق زمین همچنان وجود دارد.
فعالیت‌های آتشفشانی
یکی دیگر از منابع طبیعی گاز ترش، آتشفشان‌ها هستند. در زمان فعالیت‌های آتشفشانی، مقادیر زیادی گازهای گوگرددار مانند H₂S از دهانه آتشفشان‌ها و چشمه‌های زمین‌گرمایی آزاد می‌شوند. این نوع انتشار محلی از گاز ترش میتواند کیفیت هوا را تحت تأثیر قرار دهد و در صورت تجمع در محیط‌های بسته یا مناطق کم‌ارتفاع، خطرات جدی برای انسان و محیط زیست به همراه داشته باشد.
پالایشگاه‌ها و صنایع فولاد
در صنایع پالایش نفت، هنگام جداسازی هیدروکربن‌ها از نفت خام، گازهای جانبی حاوی H₂S و CO₂ آزاد می‌شوند که بخشی از گاز ترش صنعتی به شمار می‌روند. همچنین در صنایع فولاد، به‌ویژه در واحدهای ذوب و احیای مستقیم، مصرف سوخت‌های فسیلی و واکنش‌های شیمیایی مختلف منجر به تولید گازهای اسیدی می‌شود. این گازها اگر مدیریت نشوند می‌توانند تجهیزات را دچار خوردگی کرده و مشکلات ایمنی ایجاد کنند.
صنایع پتروشیمی
واحدهای پتروشیمی نیز از منابع مهم تولید گاز ترش هستند. در فرآیندهایی نظیر تولید آمونیاک، متانول، اوره و دیگر ترکیبات شیمیایی، H₂S و CO₂ به‌عنوان محصولات جانبی آزاد می‌شوند. به همین دلیل، پتروشیمی‌ها همواره مجهز به واحدهای تصفیه و بازیافت گوگرد هستند تا گاز ترش را پیش از رهاسازی در محیط شیرینسازی کرده و اثرات زیست‌محیطی آن را کاهش دهند.
خطرات گاز ترش برای انسان و محیط زیست
برای انسان
- تحریک چشم و سیستم تنفسی در غلظتهای پایین.
- بیهوشی و مرگ در غلظتهای بیش از 500 ppm
- خفگی ناشی از جایگزینی اکسیژن توسط CO₂
برای محیط زیست
- ایجاد باران اسیدی و تخریب پوشش گیاهی
- آلودگی منابع آب و خاک
- تهدید اکوسیستم‌های آبی و خاکی
روش‌های شناسایی و پایش گاز ترش
شناسایی و پایش گاز ترش به دلیل ماهیت بی‌رنگ و بی‌بو بودن CO₂ و همچنین سمی بودن H₂S اهمیت بسیار بالایی دارد. در محیط‌های صنعتی، اتکا به حس بویایی یا مشاهده ظاهری کافی نیست و باید از ابزارها و فناوری‌های دقیق استفاده شود. یکی از روش‌های رایج، به‌کارگیری دستگاه‌های پرتابل آشکارساز است که کارکنان همراه خود دارند و در هر لحظه می‌توانند میزان H₂S و CO₂ را اندازه‌گیری کنند. این دستگاه‌ها به‌خصوص در عملیات میدانی و ورود به فضاهای بسته اهمیت حیاتی دارند.
در کنار تجهیزات پرتابل، حسگرهای ثابت نیز در نقاط حساس خطوط انتقال، واحدهای فرآیندی و مخازن نصب می‌شوند. این حسگرها به طور مداوم غلظت گازهای اسیدی را اندازه‌گیری کرده و در صورت افزایش غلظت، هشدارهای لازم را به اتاق کنترل ارسال می‌کنند.
برای بررسی دقیق‌تر، روش‌های آنالیز آزمایشگاهی مانند کروماتوگرافی گازی (GC) و آنالیز مادون قرمز (IR) مورد استفاده قرار می‌گیرند. این روش‌ها امکان شناسایی دقیق ترکیبات مختلف گاز و تعیین درصد هر کدام را فراهم می‌کنند و معمولاً در مراکز تحقیقاتی یا واحدهای کنترل کیفیت پالایشگاه‌ها کاربرد دارند.
در نهایت، بسیاری از صنایع بزرگ از سیستم‌های پایش مداوم آنلاین بهره می‌برند. این سیستم‌ها داده‌ها را به‌صورت لحظه‌ای ثبت کرده و در صورت بروز شرایط بحرانی، به‌طور خودکار آلارم‌های صوتی و تصویری فعال می‌شود تا پرسنل بتوانند محیط را به سرعت ترک کرده یا اقدامات ایمنی لازم را انجام دهند.
به این ترتیب، ترکیب تجهیزات پرتابل، حسگرهای ثابت، آنالیز آزمایشگاهی و سیستم‌های آنلاین، کامل‌ترین راهکار برای پایش ایمن و دقیق گاز ترش در صنایع محسوب می‌شود.
همچنین بخوانید: گاز کالیبراسیون چیست؟
فناوری‌ها و روش‌های شیرینسازی گاز ترش
جذب با آمین‌ها
روش جذب با آمین‌ها یکی از متداول‌ترین فناوری‌های مورد استفاده در پالایشگاه‌ها برای شیرینسازی گاز ترش است. در این فرآیند، گاز ترش با محلول‌های آمینی تماس پیدا می‌کند و گازهای اسیدی مانند H₂S و CO₂ توسط این محلول‌ها جذب می‌شوند. این روش بازدهی بسیار بالایی دارد و میتواند مقادیر زیادی از ناخالصی‌ها را حذف کند، اما از نظر مصرف انرژی هزینه‌بر است.
جداسازی غشایی
جداسازی غشایی روشی است که در آن گاز ترش از میان غشاهایی عبور می‌کند که قابلیت جداسازی انتخابی ترکیبات اسیدی را دارند. این فناوری به دلیل طراحی ساده و هزینه نگهداری پایین، در برخی واحدها بسیار مورد توجه است. با این حال، برای دستیابی به عملکرد مناسب، به فشار عملیاتی بالا نیاز دارد و نسبت به وجود ناخالصی‌های سنگین هیدروکربنی حساسیت زیادی نشان می‌دهد.
فرآیندهای کرایوژنیک
فرآیندهای کرایوژنیک بر پایه سردسازی شدید گاز ترش و جداسازی اجزاء بر اساس تفاوت در نقطه جوش آن‌ها عمل می‌کنند. این روش علاوه بر حذف H₂S و CO₂، امکان تولید محصولات جانبی ارزشمندی مانند مایعات گازی (NGL) را نیز فراهم می‌آورد. نقطه ضعف اصلی این فناوری، هزینه بالای سرمایه‌گذاری و پیچیدگی تجهیزات مورد نیاز است که اجرای آن را به پروژه‌های بزرگ و پیشرفته محدود می‌کند.
جمع‌بندی
گاز ترش بیش از آنکه صرفاً یک چالش فنی باشد، نمادی از پیوند پیچیده میان انرژی، ایمنی و محیط زیست است. نگاه آینده‌نگر به این گاز نشان می‌دهد که توسعه فناوری‌های نوین و سرمایه‌گذاری در پژوهش‌های علمی میتواند آن را از یک تهدید بالقوه به یک فرصت ارزشمند برای اقتصاد و صنعت تبدیل کند. در جهانی که تقاضا برای انرژی پاک و پایدار رو به افزایش است، مدیریت هوشمندانه گاز ترش و بهره‌گیری از راهکارهای نوآورانه نه‌تنها مسیر استفاده ایمن از این منبع را هموار می‌کند، بلکه نقش مهمی در حرکت به سوی توسعه پایدار و مسئولانه خواهد داشت.
سوالات متداول
گاز ترش دارای H₂S و CO₂ است، در حالی که گاز شیرین فاقد این ترکیبات یا دارای مقادیر بسیار ناچیز از آن‌هاست.
زیرا سمی و خورنده است و بدون شیرینسازی قابل استفاده در شبکه شهری و صنایع نیست.
هیدروژن سولفید (H₂S) که حتی در غلظتهای پایین میتواند کشنده باشد.
بله، پس از تصفیه به منبعی ارزشمند برای انرژی، پتروشیمی و صادرات تبدیل می‌شود.