Development of an Ultra-Sensitive Toxic Gas Sensor Using Integrated Microfluidic-Microwave Technology with Applications in Oil and Gas Industry

يتواجد كبريتيد الهيدروجين ) H2S ( وغيره من المركبات الأخرى المحتوية عى الكبريت طبيعيا وبنسب مختلفة في العديد من حقول الغاز الطبيعي في المنتشرة في جميع أنحاء العالم. وتشكل طبيعة المركبات الحاوية عى الكبريت هاجسا كبيرا للصناعة النفطية. ولذا، فإن اكتشاف المركبات الحاملة للكبريت وإزالتها من الغاز امر لا يمكن صرف النظر عنه لضمان س امة المنشئات النفطية من خطر التآكل المعدني خصوصا في الانابيب النفطية الناقلة للغاز الطبيعي. إن جودة الغاز الطبيعي ونقاوته تشكلان احدى الركائز الرئيسية التي تقوم عليها عقود الشراء، وما يتخللها من بنود تخص كمية الكبريت، وهو أمر بالغ الأهمية لصناعة الغاز الطبيعي. لا يتجاوز معدل تركيز كبريتيد الهيدروجين في خط الأنابيب 0.25 لكل 100 قدم مكعب، او 4 جزء في المليون. وهي نسبة لا تشكل اي خطر يذكر. ويمكن اكتشاف وجود كبريتيد الهيدروجين من خ ال تقنيات حديثة مختلفة. ونهدف في هذا المشروع إلى استحداث تطبيقات ميكروفلويديك وميكرويف متكاملة للكشف عن تواجد اي أثر لكبريتيد الهيدروجين. وللعلم فقد تم تطوير هذه التقنية واستخدامها بنجاح للكشف عن ترسبات النفط الثقيل المعروفة بالإسفلتين. ولكي تكون التقنية المستحدثة متوافقة مع اهداف الكشف هذه المركبات الشائبة في الغاز، توجب تصميم نظام ميكروفلويديك خاص لإزالة الجزيئات الصغيرة عن الغاز من خ ال تكوين دوامة. وبمجرد تصفية الغاز، سيتم إدخاله في وحدة امتصاص لشوائب جزيئات كبريتيد الهيروجين باستخدام أكسيد الزنك والذي سيعمل عى تغيير خصائص الامتصاص بما يتناسب مع تركيز كبريتيد الهيدروجين المتواجد. وتعكس المراقبة المستمرة للتغيرات الناجمة مع أكسيد الزنك بواسطة جهاز استشعار الميكروويف بالكشف عن وجود كبريتيد الهيدروجين. ونأمل بالوصول إلى دقة متناهية لا تقل عن 1 جزء في المليون.

Hydrogen sulfide and other sulfur bearing compounds exist naturally in many natural gas fields throughout the world. It is critical to detect and remove these sulfur bearing compounds from the gas in order to preserve public safety, reduce corrosion in pipelines, meet contractual agreements and to control odor in the gas. Thus, the determination of hydrogen sulfide and total sulfur in natural gas is critical to the natural gas industry. Typically, the maximum pipeline H2S concentration is around 0.25 grains per 100 SCF, nominally 4 ppm/volume. At these concentrations, H2S is not lethal and its presence can be detected by various technologies. In this project, we are aiming to explore the applications of a novel integrated microfluidics and microwave for the detection of H2S. This technology has been successfully developed for the detection of precipitated Asphaltene in the oil. In order to make the technology compatible for gas detection, special microfluidic system need to be designed in order to remove small particles from the gas; this step will be carried by a series of spiral microfluidics. Once the gas is filtered, it will be introduced into an adsorption module where the existing H2S molecules will be adsorbed into a selected material such as zinc oxide. Once the H2S is adsorbed, the adsorbent properties will be changed which is proportional to the concentration of H2S in the medium. Under continues monitoring of the adsorbent by a microwave sensor, the presence of H2S will be detected. We aid to reach to high sensitivity of minimum 1ppm.