إزالة الكبريت من الوقود البحري بالموجات فوق الصوتية
- ويتأثر الوقود البحري بالأنظمة الجديدة التي تتطلب محتوى من الكبريت بنسبة 0.5 في المائة م/م أو أقل.
- إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD) هو طريقة راسخة تسرع من رد فعل الأكسدة وهي عملية اقتصادية وآمنة.
- ويمكن تشغيل عمليات UAOD في درجة الحرارة المحيطة والضغط الجوي وتسمح بإزالة انتقائية لمركبات الكبريت من الوقود الهيدروكربوني.
- Hielscher أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء سهلة التركيب وآمنة للعمل على متن الطائرة أو على الشاطئ.
أنواع الوقود البحري منخفضة الكبريت
نفذت المنظمة البحرية الدولية أنظمة جديدة يُطلب بموجبها من السفن البحرية في جميع أنحاء العالم استخدام الوقود البحري الذي تبلغ نسبة الكبريت فيه 0.5 في المائة م/م اعتبارا من كانون الثاني/يناير 2020. وتتطلب هذه الأنظمة الجديدة تغييرات عميقة في تجهيز الوقود البحري: من أجل الوفاء بالمعايير الجديدة المتعلقة بأنواع الوقود المنخفض الكبريت، يلزم إجراء عملية فعالة لإزالة الكبريت.
إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD) من الوقود الهيدروكربوني السائل مثل البنزين والنافثا والديزل والوقود البحري، وما إلى ذلك هو وسيلة فعالة للغاية وقابلة للتطبيق لإزالة الكبريت من كميات كبيرة من تيارات الوقود الثقيل.
مخطط انسيابي لإزالة الكبريت بالموجات فوق الصوتية على مرحلتين
إزالة الكبريت التأكسدي
إزالة الكبريت التأكسدي (ODS) هو بديل صديق للبيئة واقتصادي لهيدروديالكبريت (HDS) حيث يمكن فصل مركبات الكبريت المؤكسدة بشكل ملحوظ عن زيوت الوقود الثقيل. بعد خطوة التبسور التأكسدي، يتم فصل مركبات الكبريت المستخرجة بالطرق الفيزيائية مثل استخدام المذيبات القطبية غير القابلة للامتزاج والجاذبية اللاحقة، الامتزاز أو فصل الطرد المركزي. بدلا من ذلك، يمكن استخدام التحلل الحراري لإزالة الكبريت المؤكسد.
لرد فعل إزالة الكبريت التأكسدي، أكسدة (على سبيل المثال، الهيدروجين H2ال2الصوديوم الكلوريت NaClO,2أكسيد النيتروز N,2O، فترة الصوديوم NaIO4) ، ومحفز (على سبيل المثال ، الأحماض) ، فضلا عن الكاشف مرحلة نقل مطلوبة. ويساعد كاشف نقل المرحلة على تعزيز رد الفعل غير المتجانس بين المرحلتين المائية والنفطية، وهي الخطوة التي تحد من معدل تفاعل المواد المستنفدة للأوزون.
- كفاءة عالية – إزالة الكبريت بنسبة تصل إلى 98%
- اقتصادية: انخفاض الاستثمار، وانخفاض التكاليف التشغيلية
- لا التسمم محفز
- سهلة، وطول الخطية المتابعة
- آمنة للعمل
- البري & تركيب في الخارج (على متن الطائرة)
- بسرعة روي
إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة بالموجات فوق الصوتية
في حين أن هيدروديالكبريت (HDS) يتطلب ارتفاع تكاليف الاستثمار، وارتفاع درجة حرارة رد الفعل تصل إلى 400 درجة مئوية، وارتفاع ضغط يصل إلى 100atm في المفاعلات، وعملية إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD) هو أكثر ملاءمة بكثير، كفاءة وخضرة. ويعزز هذا البرنامج إلى حد كبير تفاعل إزالة الكبريت الحفاز، ويقدم في الوقت نفسه تكلفة تشغيل أقل، وسلامة أعلى وحماية بيئية. أنظمة مفاعل تدفق الموجات فوق الصوتية الصناعية زيادة معدل إزالة الكبريت بسبب تشتت فعالة للغاية وبالتالي تحسين حركية التفاعل. منذ المعالجة بالموجات فوق الصوتية يوفر تشتت نانو على نطاق، يتم زيادة نقل الكتلة بين المراحل المختلفة في رد فعل غير متجانسة بشكل كبير.
بالموجات فوق الصوتية (الصوتية) التجويف يزيد من معدل رد الفعل والنقل الجماعي من قبل الظروف القاسية، والتي يتم التوصل إليها داخل التجويف النقاط الساخنة. خلال انفجار فقاعة التجويف، يتم الوصول إلى درجات حرارة عالية جدا من حوالي 5000K، ومعدلات التبريد سريع ة جدا، والضغوط من حوالي 2000atm وبالتالي درجة الحرارة القصوى وفروق الضغط محليا. انفجار فقاعة التجويف يؤدي أيضا في الطائرات السائلة تصل إلى سرعة 280M / ق، مما يخلق قوى القص عالية جدا. هذه القوى الميكانيكية غير عادية تسريع وقت رد فعل الأكسدة وزيادة كفاءة تحويل الكبريت في غضون ثوان.
إزالة الكبريت بشكل أكثر اكتمالاً
في حين يمكن إزالة الميركابتان، ثيوإيثرات، الكبريتيدات وثنائي كبريتيد من خلال عملية هيدروديسولسولاليز التقليدية (HDS)، لإزالة الثيوفين، البنزوثيوفين (BT)، ثنائي بنزوثيوفينيس (DBT) و 4،6-ثنائي ميثيل ديبنزوثيوفينيات (4،6-DMDBT) أ مطلوب طريقة أكثر تطورا. إزالة الكبريت التأكسدي بالموجات فوق الصوتية فعالة للغاية عندما يتعلق الأمر بإزالة حتى المركبات الحرارية الكبريت القابلة للإزالة بالكاد (على سبيل المثال، 4,6-dimethyldibenzothiophene وغيرها من مشتقات ثيوفين الألكيل البديلة). إبراهيمي وآخرون (2018) تقرير أ كفاءة إزالة الكبريت تصل إلى 98.25٪ باستخدام مفاعل السونومفاعل Hielscher الأمثل لإزالة الكبريت. وعلاوة على ذلك، يمكن فصل مركبات الكبريت المؤكسدة بالموجات فوق الصوتية عن طريق غسل المياه الأساسية.
تأثير عملية UAOD متعددة الخطوات في المعلمات المثلى
اختبار الجدوى إزالة الكبريت بالموجات فوق الصوتية مع UP400S
شايجان وآخرون 2013 الجمع بين الموجات فوق الصوتية (UP400S) مع بيروكسيد الهيدروجين كما أكسدة، FeSO كعامل حفاز، حمض الخليك كما الحاتر درجة الحموضة والميثانول كمذيب استخراج من أجل الحد من كمية الكبريت من زيت الغاز.
يمكن زيادة ثوابت معدل التفاعل أثناء إزالة الكبريت التأكسدي بشكل كبير عن طريق إضافة أيونات معدنية كمحفز واستخدام sonication. الطاقة بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تقلل من الطاقة التنشيط من رد الفعل. العلاج ultrasonication يكسر طبقة الحدود بين المواد الحفازة الصلبة والكواشف ويوفر مزيجا متجانسا من المواد الحفازة والكواشف – يحسن بذلك الردّ فعل حركيّة.
وعملية استخراج الكبريت خطوة حاسمة أثناء إزالة الكبريت بهدف استعادة الحجم الإجمالي لزيت الغاز الخالي من الكبريت. استخدام استخراج السائل السائل باستخدام الميثانول كمذيب هو عملية استخراج بسيطة، ولكن لضمان كفاءة عالية خلط فعالة من المراحل غير القابلة للامتزاج أمر ضروري. فقط عندما تتم واجهة الحد الأقصى ونقل الكتلة القصوى في وقت لاحق بين المراحل، يتم تحقيق معدل استخراج عالية. Ultrasonication وتوليد التجويف الصوتي يوفر خلط مكثفة من مراحل رد الفعل ويقلل من الطاقة التنشيط من رد الفعل.
وحدات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية لإزالة الكبريت الوقود البحري
Hielscher الفوق صوتيات هي الشركة الرائدة في السوق لأنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة للتطبيقات الصعبة مثل UAOD على النطاق الصناعي. السعة العالية تصل إلى 200μm، 24/7 عملية تحت الحمل الكامل والثقيلة، والمتانة والود المستخدم هي السمات الرئيسية للultrasonicators Hielscher. أنظمة الموجات فوق الصوتية من مختلف فئات الطاقة والملحقات المختلفة مثل سونوتروديس وتدفق الجيومتريات مفاعل تسمح للتكيف الأكثر ملاءمة من نظام الموجات فوق الصوتية للوقود الخاص بك محددة، والقدرة على المعالجة والبيئة.
الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا:
| دفعة حجم | معدل المد و الجزر | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 10 إلى 2000ML | 20 إلى 400ML / دقيقة | UP400St |
| 00.1 إلى 20L | 00.2 إلى 4L / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L / دقيقة | UIP4000hdT |
| زمالة المدمنين المجهولين | 10 إلى 100L / دقيقة | UIP16000 |
| زمالة المدمنين المجهولين | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
معالجات بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة من مختبر إلى مقياس تجريبي وصناعي.
الأدب / المراجع
- Ebrahimi, S.L.; Khosravi-Nikou, M.R.; Hashemabadi, S.H. (2018): Sonoreactor optimization for ultrasound assisted oxidative desulfurization of liquid hydrocarbon. Petroleum Science and Technology Vol. 36, Issue 13, 2018.
- Prajapati, A.K.; Singh, S.K.; Gupta, S.P.; Mishra, A. (2018): Desulphurization of Crude Oil by Ultrasound Integrated Oxidative Technology. IJSRD – International Journal for Scientific Research & Development Vol. 6, Issue 02, 2018.
- Shayegan, Z.; Razzaghi, M.; Niaei, A.; Salari, D.; Tabar, M.T.S.; Akbari, A.N. (2013): Sulfur removal of gas oil using ultrasound-assisted catalytic oxidative process and study of its optimum conditions. Korean J. Chem. Eng., 30(9), 2013. 1751-1759.
- Štimac, A.; Ivančević, B.; Jambrošić, K. (2001): Characterization of Ultrasonic Homogenizers for Shipbuilding Industry.
نتائج البحوث على إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة بالموجات فوق الصوتية (UAOD)
Prajapati et al. (2018): إزالة الكبريت من النفط الخام عن طريق الموجات فوق الصوتية تكنولوجيا الأكسدة المتكاملة. فى الانجليزية – المجلة الدولية للبحث العلمي & Development Vol. 6, Issue 02, 2018.
يصف Prajapati وآخرون (2018) فوائد مفاعل Hielscher بالموجات فوق الصوتية لإزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD). وقد أصبح UAOD تكنولوجيا بديلة قابلة للتطبيق للمعالجة المائية التقليدية، والتي يعوقها الاستثمار الكبير والتكاليف التشغيلية بسبب ارتفاع الضغط، وارتفاع درجة الحرارة معدات الهيدرودية الكبريتية، والمراجل، ومحطات الهيدروجين، و وحدات استعادة الكبريت. يسمح إزالة الكبريت بالموجات فوق الصوتية بإزالة الكبريت بتنفيذ عملية الإزالة العميقة للكبريت في ظل ظروف أكثر اعتدالاً وأكثر سرعة وأكثر أماناً وأكثر اقتصادياً.
وطبقت عملية إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية على زيت الديزل والمواد الأولية للمنتجات النفطية التي تحتوي على مركبات الكبريت النموذجية (البنزوثيوفين، وثنائي بنزوثيوفين، وثنائي ميثيل ديبنزوثيوفين). تأثير الكمية المؤكسدة ، وحجم المذيبات لخطوة استخراج ، والوقت ودرجة الحرارة من العلاج بالموجات فوق الصوتية (UIP1000hdT، 20 كيلو هرتز، 750 واط، تعمل بنسبة 40٪. تم التحقيق. باستخدام الظروف المثلى لUAOD، تم تحقيق إزالة الكبريت تصل إلى 99٪ للمركبات النموذجية في المواد الأولية للمنتجات النفطية باستخدام نسبة الأضراس لH2ال2حمض الخليك: الكبريت من 64:300:1، بعد 9min من العلاج بالموجات فوق الصوتية في 90 درجة مئوية، تليها استخراج مع الميثانول (المذيبات الأمثل ونسبة النفط من 0.36). باستخدام نفس الكمية الكاشف و 9 دقائق من الموجات فوق الصوتية إزالة الكبريت كان أعلى من 75٪ لعينات زيت الديزل.
أهمية السعة بالموجات فوق الصوتية عالية
التكثيف بالموجات فوق الصوتية من إزالة الكبريت التأكسدي على نطاق تجاري من النفط الخام يتطلب استخدام معالج بالموجات فوق الصوتية تدفق الصناعية من خلال قادرة على الحفاظ على السعة الاهتزاز عالية من حوالي 80 – 100 ميكرونق. السعة تتصل مباشرة إلى كثافة التجويف بالموجات فوق الصوتية التي تولدها قوى القص ويجب الحفاظ عليها على مستوى عال بما فيه الكفاية للخلط لتكون فعالة.
التجارب التي أجرتها Prajapati وآخرون تبين أن ultrasonication يعزز رد فعل إزالة الكبريت. وكانت كفاءة إزالة الكبريت حوالي 93.2٪ عندما يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية الأداء.
شايغان وآخرون (2013): إزالة الكبريت من زيت الغاز باستخدام عملية الأكسدة الحفازة بمساعدة الموجات فوق الصوتية ودراسة ظروفه المثلى. المجلة الكورية للهندسة الكيميائية 30(9)، سبتمبر 2013. 1751-1759.
تم تطبيق عملية إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD) للحد من مركبات الكبريت من زيت الغاز التي تحتوي على أنواع مختلفة من محتوى الكبريت. ويتطلب التنظيم البيئي إزالة الكبريت بشكل عميق جداً للقضاء على مركبات الكبريت. UAOD هي تكنولوجيا واعدة مع انخفاض تكلفة التشغيل وارتفاع السلامة وحماية البيئة. ولأول مرة، استعيض عن عامل نقل المرحلة النموذجي (بروميد رباعي أوكتيل - الأمونيوم) بمادة إيزوبوتانول لأن استخدام الإيزوبوتانول أكثر اقتصاداً بكثير من TOAB، مما يفرض أي تلوث. تم تنفيذ رد الفعل في النقطة المثلى مع درجات حرارة مختلفة، في واحد، اثنين وثلاثة إجراءات الخطوة، والتحقيق في تأثير الزيادة التدريجية من H2ال2 وTOAB تستخدم بدلا من إيزوبوتانول. تم تحليل التركيز الكلي للكبريت في مرحلة النفط من خلال طريقة ASTM-D3120. تم تحقيق أعلى إزالة من حوالي 90٪ لزيت الغاز الذي يحتوي على 9500 ملغ / كغ من الكبريت في ثلاث خطوات خلال 17 دقيقة من العملية في 62 ± 2 درجة مئوية عندما 180.3 مليمول من H2ال2 تم استخدامها واستخراج التي نفذتها الميثانول.
أكبري وآخرون (2014): التحقيق في متغيرات العملية وآثار تكثيف الموجات فوق الصوتية المطبقة في إزالة الكبريت التأكسدي من نموذج الديزل على وزارة الصحة3/Al2ال3 محفز. الفوق صوتيات سونوكيمياء 21(2), مارس 2014. 692–705.
نظام تحليل السونوكاتيون غير المتجانس الجديد الذي يتكون من وزارة الصحة3/Al2ال3 محفز وH2ال2 جنبا إلى جنب مع ultrasonication تمت دراسة لتحسين وتسريع أكسدة نماذج مركبات الكبريت من الديزل، مما أدى إلى تعزيز كبير في كفاءة العملية. وقد درس تأثير الموجات فوق الصوتية على خصائص ونشاط واستقرار محفز بالتفصيل عن طريق GC-FID، PSD، SEM وتقنيات BET. تم الحصول على ما يزيد على 98٪ من DBT في نموذج الديزل التي تحتوي على 1000 ميكروغرام / غرام الكبريت عن طريق إزالة الكبريت الجديدة بمساعدة الموجات فوق الصوتية في H2ال2/نسبة الأضراس الكبريت من 3، درجة حرارة 318 K وجرعة محفز من 30 غرام / لتر بعد 30 دقيقة رد فعل، على عكس تحويل 55٪ التي تم الحصول عليها خلال عملية صامتة. وقد تأثر هذا التحسن إلى حد كبير ببارامترات التشغيل وخصائص المحفزات. تم التحقيق في آثار متغيرات العملية الرئيسية باستخدام منهجية سطح الاستجابة في عملية صامتة بالمقارنة مع ultrasonication. الموجات فوق الصوتية وفرت تشتت جيد من محفز وأكسدة عن طريق كسر الترابط الهيدروجين وdeagglomeration منهم في مرحلة النفط. تسبب ترسب الشوائب على سطح المحفز في تعطيل سريع في التجارب الصامتة مما أدى فقط 5٪ من أكسدة DBT بعد 6 دورات من التفاعل الصامت بواسطة محفز معاد تدويره. فوق 95% من DBT كان مؤكسدبعد 6 دورات بالموجات فوق الصوتية بمساعدة تظهر تحسنا كبيرا في الاستقرار عن طريق تنظيف السطح أثناء ultrasonication. ولوحظ أيضا انخفاض كبير في حجم الجسيمات بعد صوتنة 3H التي يمكن أن توفر المزيد من تشتت محفز في الوقود نموذج.
أفزالينيا وآخرون (2016): عملية إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية من الوقود السائل عن طريق حمض فوسفيوالتنغستن مغلفة في الزنك (II) القائم على الألغام المتداخلة. الفوق صوتيات سونوكيمياء 2016
في هذا العمل، بالموجات فوق الصوتية بمساعدة إزالة الكبريت التأكسدي (UAOD) من الوقود السائل التي أجريت مع رواية غير متجانسة عالية التشتت حمض فوسفيجين نوع Keggin (H3الاسبق12ال40، PTA) محفز التي مغلفة في MOF أمينية وظيفية (TMU-17-NH2). يعرض المركب المعد نشاط محفز عالي وقابلية لإعادة الاستخدام في إزالة الكبريت التأكسدي للوقود النموذجي. إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD) هو طريقة جديدة لرد فعل الأكسدة التي يتم إجراؤها من المركبات التي تحتوي على الكبريت بسرعة، اقتصاديا، صديقة للبيئة وآمنة، في ظل ظروف معتدلة. يمكن تطبيق الموجات فوق الصوتية كأداة فعالة لتقليل وقت التفاعل ويحسن أداء نظام إزالة الكبريت التأكسدي. PTA@TMU-17-NH2 يمكن أن يؤديتماما إزالة الكبريت من النفط النموذجي من قبل 20 ملغ من محفز، O / S نسبة الأضراس من 1:1 في وجود MeCN كمذيب استخراج. وأشارت النتائج التي تم الحصول عليها إلى أن تحويلات DBT إلى DBTO2 تحقق 98٪ بعد 15 دقيقة في درجة الحرارة المحيطة. في هذا العمل، قمنا بإعداد TMU-17-NH2 وPTA/TMU-17-NH2 مركب بالموجات فوق الصوتية التشعيع لأول مرة ويعمل في عملية UAOD. محفز أعدت تظهر قابلية ممتازة لإعادة الاستخدام دون الرشح PTA وفقدان النشاط.