توصيفگر ها :
تركيبات‌گوگردي , مركاپتان , طيف‌سنجي‌تحرك يوني , گوگرد دي‌اكسيد , هيدروژن سولفيد , يونش‌كرونا
چكيده فارسي :
گاز طبيعي مخلوطي از هيدوكربن‌هاي‌گازي است كه عمدتا از متان و مقادير كمي از آلكان‌هاي سنگين‌تر تشكيل شده است. مقادير كمي از ساير گازها مانند دي‌اكسيد كربن، نيتروژن، هليوم، هيدروژن سولفيد و تركيبات گوگرددار ديگر نيز معمولاً درآن وجود دارد. با توجه به اين‌كه تركيبات‌گوگرددار بسيار بد‌بو و سمّي هستند، حذف آنها و پالايش گاز ضروري است. از اين رو شناسايي تركيبات‌گوگردي و اندازه‌گيري آنها و به خصوص تعيين گوگرد كل در گاز، حائز اهميت است. روش‌هاي موجود براي تعيين گوگرد كل گران قيمت و بعضاً زمان‌بر و قديمي هستند. وجود روشي سريع، مطمئن، كم‌هزينه و نوين مي‌تواند در اين زمينه مفيد و راهبردي باشد. هدف اين پايان‌نامه ارائه روشي سريع و آسان بر اساس طيف‌سنجي تحرك يوني براي اندازه‌گيري گوگرد كل در گاز طبيعي است. بر اساس تحقيقات قبلي و طيف تحرك يوني تركيبات فرّار‌گوگرد‌دار شامل برخي مركاپتان‌ها،H2S ،COS و CS2 با منبع يونش‌كرونا در مد منفي و در دماي °C200، مشخص شد كه علاوه بر پيك‌هاي مخصوص هر ماده، يك پيك در همه طيف‌هاي به‌دست آمده مشترك است. از آن‌جا كه تركيبات آلي گوگردي در دماي بالا و در حضور اكسيژن اكسيد مي‌شوند، اين پيك به SO2 نسبت داده شد. براي اطمينان نمونه استاندارد SO2 به دستگاه وارد شد و معلوم شد كه زمان رانش اين پيك مشترك با پيك ظاهر شده از SO2 دقيقا يكسان است. بنابراين درستي تطبيق پيك مشترك با SO2 تاييد شد. با توجه به اين مشاهده و از آن‌جا كه هدف اين تحقيق اندازه‌گيري گوگرد كل است، كوره‌ي كوچكي براي سوختن كامل تركيبات گوگردي و تبديل آنها بهSO2 ساخته شد. سپس، براي H2S كه بيشترين غلظت را در گاز طبيعي دارد، با افزايش دما و مشاهده پيك شاخص آن، نسبت به پيك SO2، ميزان تبديل آن ماده به SO2 بدست‌آمد. مشخص شد كه در گاز اكسيژن خالص و دماي °C600 H2S به طوركامل به SO2 تبديل مي‌شود. اين نتيجه براي ساير تركيبات گوگردي نيز مشاهده شد.
چكيده انگليسي :
Natural gas is a mixture of gaseous hydrocarbons, primarily composed of methane, with smaller amounts of higher alkanes. It also contains minor quantities of other gases, such as carbon dioxide, nitrogen, hydrogen sulfide, and helium. The presence of sulfur-containing compounds in natural gas is a concern due to their toxicity and strong odor, making it necessary to remove them through refining. Accurate identification and measurement of these sulfur compounds, particularly to determine the total sulfur content, are crucial. However, current methods for total sulfur determination are expensive, time-consuming, and outdated. Developing a fast, reliable, low-cost, and innovative method in this area would be highly beneficial.
This thesis aims to introduce a rapid and straightforward method based on ion mobility spectrometry (IMS) for measuring total sulfur in natural gas. Previous studies on the spectra of various volatile sulfur-containing compounds, including mercaptans, H2S, COS, and CS2, using a corona ion source in negative mode at 200 °C revealed a common peak for all compounds. It was hypothesized that the organic sulfur compounds oxidize at elevated temperatures in the presence of oxygen, leading to the formation of SO2, which was responsible for the observed peak. To confirm this, a standard SO2 sample was introduced into the IMS device, and it was found that the drift time of the observed peak matched that of SO2, confirming the identification.
Given that the research aims to measure total sulfur content, a small furnace was constructed to fully oxidize sulfur compounds into SO2. H2S, being the most abundant sulfur compound in natural gas was selected for analysis. By gradually increasing the temperature and monitoring its corresponding peak relative to the SO2 peak, the conversion efficiency and optimal conditions were determined. This was process repeated for other sulfur compounds leading to the conclusion that, in an environment of pure oxygen at 600 °C, all sulfur compounds fully convert into SO2.
