إزالة الكبريت من الوقود البحري بالموجات فوق الصوتية
- يتأثر الوقود البحري باللوائح الجديدة ، والتي تتطلب محتوى كبريت بنسبة 0.5٪ م / م أو أقل.
- إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD) هي طريقة راسخة تسرع تفاعل الأكسدة وهي عملية اقتصادية وآمنة.
- يمكن تشغيل عمليات UAOD في درجة الحرارة المحيطة والضغط الجوي والسماح بإزالة انتقائية لمركبات الكبريت من الوقود الهيدروكربوني.
- Hielscher أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء سهلة التركيب وآمنة للعمل على متن الطائرة أو على الشاطئ.
الوقود البحري منخفض الكبريت
نفذت المنظمة البحرية الدولية (IMO) لوائح جديدة يطلب بموجبها من السفن البحرية في جميع أنحاء العالم استخدام الوقود البحري الذي يحتوي على نسبة كبريت تبلغ 0.5٪ م / م بدءا من يناير 2020. تتطلب هذه اللوائح الجديدة تغييرات عميقة في معالجة الوقود البحري: من أجل الوفاء بالمعايير الجديدة للوقود منخفض الكبريت ، يلزم إجراء عملية فعالة لإزالة الكبريت.
إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD) للوقود الهيدروكربوني السائل مثل البنزين والنفتا والديزل والوقود البحري وما إلى ذلك هي طريقة عالية الكفاءة وقابلة للتطبيق لإزالة الكبريت من تيارات الوقود الثقيل بكميات كبيرة.
مخطط انسيابي لإزالة الكبريت المؤكسد بالموجات فوق الصوتية 2 المرحلة
إزالة الكبريت التأكسدي
إزالة الكبريت التأكسدي (ODS) هو بديل صديق للبيئة واقتصادي لإزالة الكبريت الهيدروجيني (HDS) حيث يمكن فصل مركبات الكبريت المؤكسدة بسهولة أكبر عن زيوت الوقود الثقيلة. بعد خطوة إزالة الأكسدة ، يتم فصل مركبات الكبريت المستخرجة بطرق فيزيائية مثل استخدام مذيب قطبي غير قابل للامتزاج والجاذبية اللاحقة أو الامتزاز أو الفصل بالطرد المركزي. بدلا من ذلك ، يمكن استخدام التحلل الحراري لإزالة الكبريت المؤكسد.
بالنسبة لتفاعل إزالة الكبريت التأكسدي ، فإن المؤكسد (على سبيل المثال ، الهيدروجين H2O2، كلوريت الصوديوم NaClO2، أكسيد النيتروز N2O ، فترة الصوديوم NaIO4) ، يلزم وجود محفز (مثل الأحماض) وكذلك كاشف نقل الطور. ويساعد كاشف نقل الطور على تعزيز التفاعل غير المتجانس بين المرحلتين المائية والزيتية، وهي الخطوة المحددة لمعدل تفاعل المواد المستنفدة للأوزون.
- كفاءة عالية – ما يصل إلى 98٪ إزالة الكبريت
- اقتصادية: استثمار منخفض وتكاليف تشغيلية منخفضة
- لا تسمم محفز
- توسيع نطاق خطي سهل
- آمنة للعمل
- البري & التركيب البحري (على متن الطائرة)
- عائد استثمار سريع
إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية
في حين أن إزالة الكبريت الهيدروجيني (HDS) تتطلب تكاليف استثمار أعلى ، ودرجة حرارة تفاعل عالية تصل إلى 400 درجة مئوية ، وضغط مرتفع يصل إلى 100 ضغط جوي في المفاعلات ، فإن عملية إزالة الكبريت المؤكسدة بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD) أكثر ملاءمة وكفاءة وخضرة. يعزز UAOD بشكل كبير تفاعل إزالة الكبريت التحفيزي ويوفر في نفس الوقت تكلفة تشغيل أقل وسلامة أعلى وحماية بيئية. تعمل أنظمة مفاعل التدفق بالموجات فوق الصوتية الصناعية على زيادة معدل إزالة الكبريت بسبب التشتت الفعال للغاية وبالتالي تحسين حركية التفاعل. نظرا لأن المعالجة بالموجات فوق الصوتية توفر تشتتات على نطاق النانو ، فإن نقل الكتلة بين المراحل المختلفة في التفاعل غير المتجانس يزداد بشكل كبير.
بالموجات فوق الصوتية (الصوتية) التجويف يزيد من معدل التفاعل ونقل الكتلة من خلال الظروف القاسية ، والتي يتم الوصول إليها داخل النقاط الساخنة التجويفية. أثناء انفجار فقاعة التجويف ، يتم الوصول محليا إلى درجات حرارة عالية جدا تبلغ حوالي 5000 كلفن ، ومعدلات تبريد سريعة جدا ، وضغوط تبلغ حوالي 2000 ضغط جوي ، وبالتالي يتم الوصول إلى فروق شديدة في درجات الحرارة والضغط. ينتج عن انفجار فقاعة التجويف أيضا نفاثات سائلة تصل سرعتها إلى 280 م / ث ، مما يخلق قوى قص عالية جدا. تعمل هذه القوى الميكانيكية غير العادية على تسريع وقت تفاعل الأكسدة وزيادة كفاءة تحويل الكبريت في غضون ثوان.
إزالة الكبريت أكثر اكتمالا
في حين يمكن إزالة المركابتان والثيوإيثرات والكبريتيدات وثاني كبريتيد عن طريق عملية إزالة الكبريت الهيدروجيني التقليدية (HDS) ، لإزالة الثيوفين والبنزوثيوفين (BT) وثنائي بنزوثيوفين (DBT) و 4،6-ثنائي ميثيل ثنائي بنزوثيوفين (4،6-DMDBT) هناك حاجة إلى طريقة أكثر تطورا. إزالة الكبريت المؤكسدة بالموجات فوق الصوتية فعالة للغاية عندما يتعلق الأمر بإزالة حتى المركبات الحرارية الكبريتية التي بالكاد يمكن إزالتها (على سبيل المثال ، 4،6-ثنائي ميثيل ثنائي بنزوثيوفين ومشتقات ثيوفين أخرى بديلة للألكيل). تقرير إبراهيمي وآخرون (2018) أ كفاءة إزالة الكبريت تصل إلى 98.25٪ باستخدام مفاعل سونو Hielscher الأمثل لإزالة الكبريت. علاوة على ذلك ، يمكن فصل مركبات الكبريت المؤكسدة بالموجات فوق الصوتية عن طريق غسل الماء الأساسي.
تأثير عملية UAOD متعددة الخطوات عند المعلمات المثلى
اختبار جدوى إزالة الكبريت بالموجات فوق الصوتية مع UP400S
Shayegan et al. 2013 الجمع بين الموجات فوق الصوتية (UP400S) مع بيروكسيد الهيدروجين كمؤكسد ، FeSO كمحفز ، حمض الخليك كضابط درجة الحموضة والميثانول كمذيب استخراج من أجل تقليل كمية الكبريت من زيت الغاز.
يمكن زيادة ثوابت معدل التفاعل أثناء إزالة الكبريت التأكسدي بشكل كبير عن طريق إضافة أيونات المعادن كمحفز واستخدام صوتنة. يمكن أن تقلل طاقة الموجات فوق الصوتية من طاقة تنشيط التفاعل. العلاج بالموجات فوق الصوتية يكسر الطبقة الحدودية بين المحفزات الصلبة والكواشف ويوفر مزيجا متجانسا من المحفزات والكاشف – وبالتالي تحسين حركية رد الفعل.
تعد عملية استخراج الكبريت خطوة حاسمة أثناء إزالة الكبريت بهدف استعادة الحجم الكلي لزيت الغاز منزوع الكبريت. يعد استخدام استخراج السائل السائل باستخدام الميثانول كمذيب عملية استخراج بسيطة ، ولكن لضمان كفاءة عالية ، من الضروري الخلط الفعال للمراحل غير القابلة للامتزاج. فقط عندما يحدث الحد الأقصى للواجهة وبالتالي الحد الأقصى لنقل الكتلة بين المراحل ، يتم تحقيق معدل استخراج مرتفع. يوفر الموجات فوق الصوتية وتوليد التجويف الصوتي الخلط المكثف لمراحل المواد المتفاعلة ويقلل من طاقة تنشيط التفاعل.
وحدات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لإزالة الكبريت من الوقود البحري
Hielscher Ultrasonics هي الشركة الرائدة في السوق لأنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة للتطبيقات المطلوبة مثل UAOD على نطاق صناعي. سعات عالية تصل إلى 200μm، 24/7 عملية تحت الحمل الكامل والثقيلة والمتانة وسهولة الاستخدام هي السمات الرئيسية للموجات فوق الصوتية Hielscher. تسمح أنظمة الموجات فوق الصوتية من فئات الطاقة المختلفة والملحقات المختلفة مثل sonotrodes وهندسة مفاعل التدفق بالتكيف الأنسب لنظام الموجات فوق الصوتية مع الوقود الخاص بك ، وقدرة المعالجة والبيئة.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
معالجات بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة من المختبر إلى النطاق التجريبي والصناعي.
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 الموجات فوق الصوتية (UAOD)
براجاباتي وآخرون (2018): إزالة الكبريت من النفط الخام بواسطة تقنية الأكسدة المتكاملة بالموجات فوق الصوتية. IJSRD – المجلة الدولية للبحث العلمي & التطوير المجلد 6 ، العدد 02 ، 2018.
Prajapati et al. (2018) وصف فوائد مفاعل Hielscher بالموجات فوق الصوتية لإزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD). أصبحت UAOD تقنية بديلة قابلة للتطبيق للمعالجة الهيدروجينية التقليدية ، والتي تضعف بسبب تكاليف الاستثمار والتشغيل الكبيرة بسبب معدات إزالة الكبريت الهيدروجيني ذات الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية ، والغلايات ، ومصانع الهيدروجين ، ووحدات استعادة الكبريت. تسمح إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية بتنفيذ عملية الإزالة العميقة للكبريت في ظل ظروف أكثر اعتدالا وأسرع وأكثر أمانا وأكثر اقتصادا.
تم تطبيق عملية إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD) على زيت الديزل والمواد الأولية للمنتجات البترولية التي تحتوي على مركبات الكبريت النموذجية (البنزوثيوفين وثنائي بنزوثيوفين وثنائي ميثيل ثنائي بنزوثيوفين). تأثير كمية الأكسدة ، وحجم المذيب لخطوة الاستخراج ، ووقت ودرجة حرارة العلاج بالموجات فوق الصوتية (UIP1000hdT، 20 كيلو هرتز ، 750 واط ، تعمل بنسبة 40٪. باستخدام الظروف المثلى للذيء UAOD ، تم تحقيق إزالة الكبريت بنسبة تصل إلى 99٪ للمركبات النموذجية في لقيم المنتجات البترولية باستخدام نسبة مولية ل H2O2حمض الخليك: الكبريت 64: 300: 1 ، بعد 9 دقائق من العلاج بالموجات فوق الصوتية عند 90 درجة مئوية ، يليه الاستخراج بالميثانول (نسبة المذيبات والزيت المحسنة 0.36.36.): باستخدام نفس كمية الكاشف و 9 دقائق من الموجات فوق الصوتية ، كانت إزالة الكبريت أعلى من 75٪ لعينات زيت الديزل.
أهمية السعات فوق الصوتية العالية
يتطلب التكثيف بالموجات فوق الصوتية لإزالة الكبريت التأكسدي على نطاق تجاري من النفط الخام استخدام معالج بالموجات فوق الصوتية للتدفق بحجم صناعي قادر على الحفاظ على سعة اهتزاز عالية تبلغ حوالي 80 – 100 ميكرونs. ترتبط السعات مباشرة بكثافة قوى القص الناتجة عن التجاويف بالموجات فوق الصوتية ويجب الحفاظ عليها عند مستوى عال بما يكفي حتى يكون الخلط فعالا.
التجارب التي أجراها Prajapati et al. تظهر أن الموجات فوق الصوتية تعزز تفاعل إزالة الكبريت. كانت 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 التحفيزية 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) لتقليل مركبات الكبريت من زيت الغاز التي تحتوي على أنواع مختلفة من محتوى الكبريت. يتطلب التنظيم البيئي إزالة الكبريت العميقة جدا للقضاء على مركبات الكبريت. UAOD هي تقنية واعدة بتكلفة تشغيل أقل وسلامة وحماية بيئية أعلى. لأول مرة تم استبدال عامل نقل الطور النموذجي (رباعي أوكتيل - أمونيوم - بروميد) بالإيزوبوتانول لأن استخدام الأيزوبوتانول أكثر اقتصادا بكثير من TOAB ، مما لا يفرض أي تلوث. تم إجراء التفاعل عند النقطة المثلى مع درجات حرارة مختلفة ، في إجراءات من خطوة واحدة وخطوتين وثلاث خطوات ، مع التحقيق في تأثير الزيادة التدريجية ل H2O2 و TOAB المستخدمة بدلا من الأيزوبوتانول. تم تحليل تركيز الكبريت الكلي في مرحلة الزيت بطريقة ASTM-D3120. تم تحقيق أعلى إزالة لحوالي 90٪ لزيت الغاز الذي يحتوي على 9500 ملغم / كغم من الكبريت في ثلاث خطوات خلال 17 دقيقة من العملية عند 62±2 درجة مئوية عند 180.3 مليمول من H2O2 تم استخدامه واستخراجه بواسطة الميثانول.
أكبري وآخرون (2014): التحقيق في متغيرات العملية وتأثيرات التكثيف للموجات فوق الصوتية المطبقة في إزالة الكبريت التأكسدي لنموذج الديزل على MoO3/آل2O3 محفز. الموجات فوق الصوتية سونوكيمياء 21 (2) ، مارس 2014. 692–705.
نظام تحفيز صوتي جديد غير متجانس يتكون من MoO3/آل2O3 محفز و H2O2 جنبا إلى جنب مع الموجات فوق الصوتية تمت دراسته لتحسين وتسريع أكسدة مركبات الكبريت النموذجية للديزل ، مما أدى إلى تعزيز كبير في كفاءة العملية. تمت دراسة تأثير الموجات فوق الصوتية على خصائص ونشاط واستقرار المحفز بالتفصيل عن طريق تقنيات GC-FID و PSD و SEM و BET. تم الحصول على تحويل أكثر من 98٪ من DBT في نموذج الديزل الذي يحتوي على 1000 ميكروغرام / غرام من الكبريت عن طريق إزالة الكبريت الجديدة بمساعدة الموجات فوق الصوتية في H2O2/ نسبة مولار الكبريت 3 ، درجة حرارة 318 كلفن وجرعة محفزة 30 جم / لتر بعد تفاعل 30 دقيقة ، على عكس التحويل بنسبة 55٪ الذي تم الحصول عليه أثناء العملية الصامتة. تأثر هذا التحسن بشكل كبير بمعلمات التشغيل وخصائص المحفز. تم التحقيق في آثار متغيرات العملية الرئيسية باستخدام منهجية سطح الاستجابة في عملية صامتة مقارنة بالموجات فوق الصوتية. قدمت الموجات فوق الصوتية تشتتا جيدا للمحفز والمؤكسد عن طريق كسر الترابط الهيدروجيني وإزالة التكتل منها في مرحلة الزيت. تسبب ترسب الشوائب على سطح المحفز في تعطيل سريع في التجارب الصامتة مما أدى إلى 5٪ فقط من أكسدة DBT بعد 6 دورات من التفاعل الصامت بواسطة المحفز المعاد تدويره. تم أكسدة أكثر من 95 ٪ من DBT بعد 6 دورات بمساعدة الموجات فوق الصوتية تظهر تحسنا كبيرا في الاستقرار عن طريق تنظيف السطح أثناء الموجات فوق الصوتية. كما لوحظ انخفاض كبير في حجم الجسيمات بعد صوتنة 3h التي يمكن أن توفر المزيد من تشتت المحفز في وقود النموذج.
أفزالينيا وآخرون (2016): عملية إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية للوقود السائل بواسطة حمض الفوسفوتونجستيك المغلف في MOF القائم على الزنك (II) المتداخل كمحفز. الموجات فوق الصوتية سونوكيمياء 2016
في هذا العمل ، تم إجراء إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD) للوقود السائل باستخدام حمض فوسفوتونجستيك جديد غير متجانس للغاية من نوع Keggin (H3الاسبق12O40، PTA) محفز مغلف في MOF أميني وظيفي (TMU-17 -NH2). يظهر المركب المحضر نشاطا تحفيزيا عاليا وقابلية لإعادة الاستخدام في إزالة الكبريت التأكسدي للوقود النموذجي. إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAOD) هي طريقة جديدة لإجراء تفاعل الأكسدة للمركبات المحتوية على الكبريت بسرعة واقتصادية وصديقة للبيئة وآمنة ، في ظل ظروف معتدلة. يمكن تطبيق الموجات فوق الصوتية كأداة فعالة لتقليل وقت التفاعل وتحسين أداء نظام إزالة الكبريت التأكسدي. يمكن إجراء إزالة الكبريت بالكامل من PTA@TMU-17-NH2 من الزيت النموذجي بمقدار 20 مجم من المحفز ، ونسبة O / S المولية 1: 1 في وجود MeCN كمذيب استخراج. أشارت 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 مركب TMU-17-NH2 و PTA / TMU-17-NH2 عن طريق التشعيع بالموجات فوق الصوتية لأول مرة واستخدمنا في عملية UAOD. يظهر المحفز المحضر قابلية ممتازة لإعادة الاستخدام دون ترشيح PTA وفقدان النشاط.