مازوت چیست و چطور به انسان آسیب می‌ زند؟ — آنچه باید بدانید

مازوت نوعی نفت کوره به شمار می‌آید که کیفیت پایین و ویسکوزیته بالایی دارد و در نیروگاه‌های حرارتی و موارد مشابه از آن استفاده می‌شود. در اروپا و ایالات متحده، ترکیب مازوت شکسته و به گازوئیل تبدیل می‌شود. در گذشته، مازوت برای گرم کردن خانه‌ها در شوروری سابق و شرق دور مورد استفاده قرار می‌گرفت چراکه آن‌ها تجهیزات لازم برای تبدیل مازوت به سایر محصولات پتروشیمی را نداشتند. در کشورهای غربی به کوره‌هایی که از مازوت استفاده می‌کنند، کوره‌های ضایعات‌سوز نیز می‌گویند. در این مطلب قصد داریم به سوخت مازوت و آثار آن بر روی سلامتی بپردازیم.

مازوت چیست؟

به هنگام جداسازی اجزای تشکیل‌دهنده نفت خام، ترکیباتی موسوم به «نفت کوره» (Fuel Oil) از برج تقطیر خارج می‌شوند. مازوت نوعی نفت کوره است که ویسکوزیته بالا و کیفیت پایینی دارد و به طور معمول حاوی مقادیری با درصدهای مختلف از گوگرد است. برای استفاده از مازوت خاصه در نیروگاه‌ها باید گوگرد آن جداسازی شود. در انتهای این مطلب، نحوه گوگردزدایی از مازوت را نیز به شکلی ساده مورد بررسی قرار می‌دهیم.

فیلم آموزش ابعاد فنی بالادستی صنعت نفت و گاز در فرادرس

کلیک کنید

دلیل استفاده از مازوت چیست؟

مازوت که به طور عمده توسط کشورهای روسیه، قزاقستان، آذربایجان، ترکمنستان و ایران تولید می‌شود برای گرم کردن بویلرها (دیگ بخار) جهت تولید بخار مورد استفاده قرار می‌گیرد چراکه این ماده،‌ «گرمای سوختن» (Energy Value) بسیار بالایی دارد.

از عوامل مهم در درجه‌بندی این سوخت باید به محتوای گوگرد آن اشاره کرد که متاثر از منبع اصلی آن است. در حمل و نقل مازوت به طور معمول به این سوخت، «نفت کثیف» (Dirty Oil) می‌گویند و از آن‌جایی که ویسکوزیته بسیار بالایی دارد، پمپ کردن آن به تجهیزات خاصی نیازمند است. مازوت را می‌توان از جمله ترکیب‌های نفت خام به شمار آورد که حاصل تقطیر جزء به جزء آن به هنگام پالایش نفت خام است و بعد از تبخیر بنزین و سایر فرآورده‌های سبک‌تر، از نفت خام بدست می‌آید.

مازوت 100 چیست؟

مازوت ۱۰۰ نوعی نفت کوره است که با مشخصه‌های خاصی به تولید می‌رسد. تفاوت اصلی میان انواع مازوت ۱۰۰ در مقدار گوگرد آن است که در جدول زیر به آن‌ها اشاره می‌کنیم.

مازوت با گوگرد بسیار کم به طور کلی از خوراک ورودی با کمترین مقدار گوگرد تولید می‌شود. این نوع سوخت حجم بسیار پایینی دارد و صادرات آن کمتر صورت می‌گیرد. اما سایر مقادیر قابلیت صادرات دارند.

با توجه به این‌که تولید نفت و گاز به کمک مجموعه‌ای از فرآیندها انجام می‌گیرد، «فرادرس» جهت آشنایی با این فرآیندها اقدام به انتشار فیلم آموزش مبانی فرایندهای صنعت نفت و گاز کرده که لینک‌ آن در ادامه آورده شده است.

فیلم آموزش مبانی فرایندهای صنعت نفت و گاز در فرادرس

کلیک کنید

نفت کوره

همانطور که گفته شد، مازوت نوعی نفت کوره با کیفیت بسیار پایین به شمار می‌آید اما در ادامه قصد داریم تا بیشتر در رابطه با مازوت و نفت کوره آشنا شویم. نفت کوره از جمله فرآورده‌های نفتی است که در بسیاری از موتورها، چراغ‌ها، گرمکن‌ها و کوره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد و همچنین به عنوان حلال نیز از آن بهره می‌گیرند. نفت کوره همانطور که گفته شد از نفت خام بدست می‌آید و برای استفاده در کاربری‌های مختلف، آن‌را پالایش می‌کنند.

نفت کوره از جمله مازوت شامل مخلوطی از هیدروکربن‌های آلیفاتیک و آروماتیک (مانند بنزن و سایر ترکیبات مشابه)‌ است. علاوه بر این، ممکن است این ترکیبات شامل مقادیری از نیتروژن نیز باشند. به طور معمول، انواع مختلف نفت کوره را بر اساس بازه نقطه جوش آن‌ها شناسایی می‌کنند.

اثرات ورود مازوت به محیط زیست چیست؟

همانطور که گفته شد، برای گرم شدن بویلرها در نیروگاه‌های حرارتی از مازوت استفاده می‌کنند اما ورود مازوت و سایر نفت‌های کوره به محیط زیست آثار مختلفی را به همراه دارند که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت. در بخش‌های قبلی دیدیم که نفت‌های کوره همچون مازوت از مواد شیمیایی مختلفی تشکیل شده‌اند و هریک نوعی مخلوط متفاوت از دیگری به شمار می‌آید. زمانی که این مواد به خاک یا آب‌های سطحی می‌رسند، بخشی از آن‌ها تبخیر می‌شوند. برخی دیگر نیز به دلیل نشتی مخازن نگهداری آن‌ها در آب و خاک حل خواهند شد.

مواد شیمیایی تبخیر شده می‌توانند در اثر تابش نور خورشید به ترکیبات دیگری شکسته شوند. این اتفاق در اثر فعالیت‌های قارچ‌ها و باکتری‌های داخل آب یا خاک نیز صورت می‌گیرد. این مواد شیمیایی که در خاک و محیط‌های دیگر وجود دارند می‌توانند تا بیش از یک دهه در محیط زیست باقی بمانند. بنزن، تولوئن و زایلین از جمله این ترکیبات سمی هستند.

قرارگیری انسان در معرض فرآورده های نفتی

امروزه ما به روش‌های مختلفی در معرض فرآورده‌های نفتی از جمله نفت کوره و مازوت قرار می‌گیریم. محتمل‌ترین حالت زمانی است که برای گرم‌کردن خانه‌ها از نفت سفید استفاده شود که در گذشته بسیار رواج داشته است. علاوه بر این، از نفت سفید و سایر ترکیبات نفتی به عنوان حلال و پاک‌کننده نیز بهره می‌گیرند. بنابراین در صورت ذخیره و نگهداری این مواد در منزل و تبخیر آن‌ها، احتمال تماس آن‌ها با پوست بسیار زیاد است. علاوه بر این، وجود نیروگاه‌های حرارتی در نزدیکی شهرها و استفاده از مازوت در آن‌ها سبب قرارگیری انسان در معرض ترکیبات حاصل از سوختن ناقص این فرآورده‌ها خواهد شد.

ورود مازوت و سایر سوخت‌ ها به بدن

مازوت و سایر سوخت‌ها زمانی که آن‌ها را در هوا تنفس یا این‌که آب‌ و غذای آلوده را مصرف کنید و همچنین به هنگام تماس پوست با این مواد، وارد بدن می‌شوند. همچنین اگر محل کار یا زندگی شما در نزدیکی کارخانه‌ها و نیروگاه‌هایی باشد که از این سوخت استفاده می‌کنند، مازوت و سایر سوخت‌ها وارد بدن می‌شوند.

اثرات استفاده از مازوت بر سلامتی انسان چیست؟

در اثر سوزاندن سوخت‌های فسیلی حاوی گوگرد همچون مازوت، ترکیباتی موسوم به SOx منتشر می‌شوند که بخش بیشتر آن‌را SO2 تشکیل می‌دهد. SO2 گازی سمی است که برای سلامتی مضر است. این گاز، وزن بیشتری نسبت به هوا دارد و زمانی که غلظت آن در هوا به بیش از ‎500 ppb برسد، بوی بدی خواهد داشت که در این سطح، کشنده است.

این گاز در غلظت‌های پایین‌تر، درد قفسه سینه، مشکلات تنفسی، قرمزی چشم و افزایش احتمال بروز بیماری‌های قلبی و تنفسی را به همراه دارد. به طور کلی، غلظت معمول این گاز در اتمسفر کمتر از $$10 ppb$$ ذکر می‌شود که در این غلظت اثر مخربی بر سلامتی نخواهد داشت.

اثر دوم سوزاندن مازوت و سایر سوخت‌های گوگردی،‌ تشکیل سولفات‌ها و نیترات‌ها به شکل آئروسل یا ذرات بسیار ریز هوا است که «ذرات معلق»‌ (Particulate Matter) موجود در هوا را سبب می‌شوند. این ذرات معلق با تشدید آلودگی هوا خطر آسم و حملات قلبی و تنفسی را افزایش می‌دهند.

اثر سوم سوزاندن مازوت از منبع انتشار آن فراتر می‌رود و در این حالت اکسیدهای گوگرد به دلیل واکنش در اتمسفر و فاز محلول در آب، به اسید تبدیل می‌شوند. این آئروسل‌های اسیدی تحت شرایط خاص هواشناسی به باران اسیدی، برف و مه تبدیل خواهند شد. زمانی که آلودگی هوا ناشی از عملکرد و فعالیت‌های انسانی نباشد، pH باران‌های اسیدی در حدود ۵/۵ خواهد بود که این میزان خاصیت اسیدی به دلیل وجود کربنیک اسید حاصل از واکنش بخار آب با دی‌اکسید کربن است.

این باران‌های اسیدی اثرات مخرب دیگری نیز بر جای می‌گذارند که از میان آن‌ها می‌توان به حل شدن فلزات سنگین در باران‌های اسیدی اشاره کرد و خاک‌ها نیز دیگر توانایی نگه‌داشتن ریشه درختان را نخواهند داشت. در نتیجه با فرسایش خاک و از بین رفتن پوشش گیاهی، احتمال بروز سیل افزایش می‌یابد.

روش‌های گوگردزدایی

تا اینجا در رابطه با اثرات سوزاندن سوخت‌های فسیلی گوگردی مانند مازوت صحبت کردیم اما در ادامه قصد داریم روش‌های مربوط به «گوگردزدایی گازهای خروجی» (Flue Gas Desulfurization) را به طور خلاصه بیان کنیم. روش‌های تجاری که برای این‌کار استفاده می‌شود شامل موارد زیر هستند:

• روش «تر» (Wet)
• روش نیمه‌خشک
• روش خشک

روشی که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد روش تر است که برای کنترل گوگرد در نیروگاه‌های برق کاربرد دارد.

گوگردزدایی به روش تر

«برج‌های شستشوی تر» (Wet Scrubbers) از جمله معمول‌ترین روش‌ها مورد استفاده برای گوگردزدایی به شمار می‌آیند که فرآیندهای مختلفی را شامل می‌شوند و از «مواد جاذب» (Sorbents) برای این کار بهره می‌گیرند. این مواد جاذب بر پایه کلسیم، منیزیم، پتاسیم و سدیم و آمونیاک و آب دریا هستند. در حال حاضر، برج‌های شستشو بر پایه پتاسیم به صورت تجاری وجود ندارند و سیستم‌های شامل آمونیاک و آب دریا نیز استفاده‌های محدودی دارند. برج‌های بر پایه کلسیم اما استفاده گسترده‌ای به خصوص در نیروگاه‌های با سوخت مازوت دارند که در ادامه به توضیح آن‌ها می‌پردازیم.

فیلم آموزش مهندسی مخازن نفت و گاز 1 در فرادرس

کلیک کنید

شستشوی تر به کمک سنگ آهک معمول‌ترین روش تر به شمار می‌ایند چراکه اجرای آن بسیار ساده و ماده اصلی مورد استفاده یعنی سنگ آهک نیز به فراوانی در دسترس است. همچنین فرآورده حاصل (ژیپس) نیز از جمله تولیدات سودمند به شمار می‌آید. این روش، بازده بسیار بالایی در حدود ۹۹ درصد دارد. در تصویر زیر، شکل کلی این فرآیند را مشاهده می‌کنید. مخزن واکنش در این سیستم باید اندازه مناسبی داشته باشد تا ترکیبات گوگردی زمان کافی برای ته‌نشست پیدا کنند و مواد افزودنی نیز حل شوند.

در این دستگاه، گازهای خروجی با دوغاب ۵-۱۵ درصد وزنی نمک‌های کلسیم سولفات و سولفیت به همراه کلسیم هیدروکسید یا سنگ آهک $$(CaCO_3)$$ شستشو داده می‌شوند. دوغاب حاوی مواد ذکر شده به برج جذب پمپ و به صورت افشانه (اسپری) در برج جذب تزریق می‌شوند. دی‌اکسید گوگرد به این ذرات جذب می‌شود و مجموعه‌ای از واکنش‌ها در آن‌ها صورت می‌گیرد. واکنش بین کلسیم و دی‌اکسید سولفور جذب شده، ترکیباتی به نام‌های کلسیم سولفیت همی‌هیدرات با فرمول $$\mathrm{CaSO}_{4} \cdot \frac{1}{2} \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}$$ و کلسیم سولفات دوآبه تولید می‌کند. هر دو این ترکیبات، انحلال‌پذیری کمی در آب دارند و ته‌نشین می‌شوند.

با اضافه کردن اکسیژن، کلسیم سولفیت همی‌هیدرات را می‌توان به کلسیم سولفات دو آبه طبق واکنش زیر تبدیل کرد:

$$\begin{equation} \mathrm{CaSO}_{3} \cdot \frac{1}{2} \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{s})+\frac{3}{2} \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(1)+\frac{1}{2} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g}) \leftrightarrow \mathrm{CaSO}_{4} \cdot 2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{s}) \end{equation}$$

البته مکانیسم واکنش‌های صورت گرفته بسیار پیچیده‌تر است که به طور خلاصه توضیح داده شد.