Ultrasəslə dəstəklənən oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə (UAODS)
Xam neftdə, neftdə, dizeldə və digər maye yanacaqlarda kükürd tərkibli birləşmələrə sulfidlər, tiollar, tiofenlər, əvəzlənmiş benzo- və dibenzotiofenlər (BTs və DBTs), benzonaftotiofen (BNT) və bir çox daha mürəkkəb molekullar daxildir; bunlar arasında kondensləşmiş tiofenlər ən çox rast gəlinən formalardır. Hielscher ultrasəs reaktorları bugünkü sərt ekoloji qaydalara və kükürd miqdarı ultraaşağı olan dizel yanacağının (ULSD, 10ppm kükürd) spesifikasiyalarına cavab vermək üçün tələb olunan oksidləşdirici dərin kükürdsüzləşdirmə prosesini dəstəkləyir.
Oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə (ODS)
Hidrogen peroksidlə oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə və ardınca həlledici ilə ekstraksiya maye yanacaqlarda üzvi kükürd birləşmələrinin miqdarını azaltmaq üçün iki mərhələli dərin kükürdsüzləşdirmə texnologiyasıdır. Hielscher ultrasəs reaktorları maye–maye faza sistemlərində fazalararası keçidlə gedən reaksiyaların kinetikasını və həllolma sürətini yaxşılaşdırmaq üçün hər iki mərhələdə istifadə olunur.
Ultrasəslə dəstəklənən oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmənin proses sxemi – 2 mərhələ
Ultrasəslə dəstəklənən oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmənin birinci mərhələsində maye yanacaqlarda mövcud olan kükürd tərkibli molekulları mülayim şəraitdə seçici şəkildə müvafiq sulfoksidlərə və ya sulfonlara oksidləşdirmək üçün hidrogen peroksid oksidləşdirici kimi istifadə olunur; bununla onların polyarlığı artır və polyar həlledicilərdə həllolma qabiliyyəti yüksəlir. 
Bu mərhələdə polyar sulu fazanın və qeyri-polyar üzvi fazanın bir-birində həll olmaması oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə prosesində əhəmiyyətli problemdir, çünki hər iki faza bir-biri ilə yalnız fazalararası sərhəddə reaksiyaya girir. Ultrasəs olmadan bu, ikifazalı sistemdə reaksiyanın aşağı sürətlə getməsinə və üzvi kükürd birləşmələrinin yavaş çevrilməsinə səbəb olur.
Neft emalı qurğuları 24/7 rejimində böyük həcmli emala uyğun, ağır iş şəraiti üçün nəzərdə tutulmuş sənaye avadanlığı tələb edir. Hielscher əldə edin!
Ultrasəslə emulsiyalaşdırma
Neft fazası və sulu faza qarışdırılır və sabit həcm nisbətinə malik ilkin emulsiya yaratmaq üçün statik qarışdırıcıya vurulur; bu emulsiya daha sonra ultrasəs qarışdırma reaktoruna verilir. Burada ultrasəs kavitasiyası yüksək hidravlik kəsilmə yaradır və sulu fazanı submikron və nanoölçülü damcılara parçalayır. Fazalararası sərhədin xüsusi səth sahəsi kimyəvi reaksiyanın sürətinə təsir etdiyindən damcı diametrinin bu dərəcədə azalması reaksiyanın kinetikasını yaxşılaşdırır və fazalararası keçid agentlərinə ehtiyacı azaldır və ya aradan qaldırır. Ultrasəsdən istifadə etməklə peroksidin həcm faizini azaltmaq mümkündür, çünki daha incə dispersli emulsiyalarda neft fazası ilə eyni təmas səthini təmin etmək üçün daha az həcm tələb olunur.
Ultrasəslə dəstəklənən oksidləşmə
Ultrasəs kavitasiyası intensiv yerli qızma (~5000K), yüksək təzyiqlər (~1000atm), son dərəcə yüksək qızma və soyuma sürətləri (>109 K/sec) və maye şırnaqları (~1000 km/h) yaradır. Bu son dərəcə yüksək reaktivliyə malik mühit neft fazasındakı tiofenləri daha sürətlə və daha tam şəkildə daha polyar sulfoksidlərə və sulfonlara oksidləşdirir. Katalizatorlar oksidləşmə prosesini əlavə olaraq dəstəkləyə bilər, lakin onlar zəruri deyil. Həm sulu, həm də üzvi mayelərdə həll olmaq kimi unikal qabiliyyətə malik dördüncülü ammonium duzları kimi amfifil emulsiya katalizatorlarının və ya fazalararası keçid katalizatorlarının (PTC) oksidləşdirici ilə birləşərək onu fazalararası sərhəddən reaksiya fazasına daşıdığı və bununla reaksiya sürətini artırdığı göstərilmişdir. Dizel yanacaqlarının oksidləşdirici kükürdsüzləşdirilməsinin səmərəliliyini artırmaq üçün Fenton reagenti əlavə edilə bilər və bu reagent ultrasəslə oksidləşdirici emalla yaxşı sinergetik təsir göstərir.
Yüksək güclü ultrasəslə intensivləşdirilmiş kütlə ötürülməsi
Üzvi kükürd birləşmələri fazalararası sərhəddə reaksiyaya girdikdə sulfoksidlər və sulfonlar sulu damcıların səthində toplanır və digər kükürd birləşmələrinin sulu fazada qarşılıqlı təsirinə mane olur. Kavitasiya şırnaqlarının və akustik axınların yaratdığı hidravlik kəsilmə turbulent axına və maddənin damcı səthlərindən və səthlərinə daşınmasına səbəb olur, həmçinin damcıların təkrar birləşməsinə və ardınca yeni damcıların yaranmasına gətirib çıxarır. Oksidləşmə zamanla irəlilədikcə ultrasəslə emal reagentlərin təmasa məruz qalmasını və qarşılıqlı təsirini maksimuma çatdırır.
Sulfonların fazalararası keçidlə ekstraksiyası
Oksidləşmədən və sulu fazadan (H2O2) ayrılmadan sonra ikinci mərhələdə sulfonlar asetonitril kimi polyar həlledicidən istifadə etməklə ekstraksiya edilə bilər. Daha yüksək polyarlığa malik olduqları üçün sulfonlar iki faza arasındakı sərhəddən həlledici fazasına keçəcək. Birinci mərhələdə olduğu kimi, Hielscher ultrasəs reaktorları neft fazasında həlledici fazasının incə dispersli turbulent emulsiyasını yaradaraq maye–maye ekstraksiyasını intensivləşdirir. Bu, fazaların təmas səthini artırır, ekstraksiyanın baş verməsinə və həlledici sərfinin azalmasına gətirib çıxarır.
Laboratoriya sınaqlarından pilot miqyasına və istehsala
Hielscher Ultrasonics bu texnologiyanı istənilən miqyasda sınaqdan keçirmək, yoxlamaq və tətbiq etmək üçün avadanlıq təklif edir. Əsas etibarilə proses cəmi 4 addımda həyata keçirilir.
- Kükürd birləşmələrini oksidləşdirmək üçün nefti H2O2 ilə qarışdırın və ultrasəslə emal edin
- Sulu fazanı ayırmaq üçün sentrifuqalayın
- Sulfonları ekstraksiya etmək üçün neft fazasını həlledici ilə qarışdırın və ultrasəslə emal edin
- Sulfonları ehtiva edən həlledici fazasını ayırmaq üçün sentrifuqalayın
Laboratoriya miqyasında konsepsiyanı nümayiş etdirmək və peroksid konsentrasiyası, proses temperaturu, ultrasəslə emal müddəti və intensivliyi, həmçinin katalizator və ya həlledici istifadəsi kimi əsas parametrləri tənzimləmək üçün UP200Ht istifadə edə bilərsiniz.
Laboratoriya masası səviyyəsində UIP1000hdT və ya UIP2000hdT kimi güclü ultrasəs cihazı hər iki mərhələni bir-birindən asılı olmayaraq 100–1000L/hr (25–250 gal/hr) axın sürətlərində modelləşdirməyə, proses və ultrasəslə emal parametrlərini optimallaşdırmağa imkan verir. Hielscher ultrasəs avadanlığı pilot və ya istehsal miqyasında daha böyük emal həcmlərinə xətti miqyaslandırma üçün nəzərdə tutulmuşdur. Hielscher qurğularının yanacaq emalı da daxil olmaqla böyük həcmli proseslərdə etibarlı işlədiyi sübut edilmişdir. Hielscher asan inteqrasiya üçün yüksək güclü 10kW və ya 16kW cihazlarımızdan bir neçəsini klasterlərdə birləşdirən konteyner sistemləri istehsal edir. Təhlükəli mühit tələblərinə cavab verən konstruksiyalar da mövcuddur. Aşağıdakı cədvəldə emal həcmləri və tövsiyə olunan avadanlıq ölçüləri göstərilir.
| Partiyanın həcmi | Axın sürəti | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 5–200mL | 50–500mL/min | UP200Ht, UP400S |
| 0,1–2L | 0,25–2m3/hr | UIP1000hd, UIP2000hd |
| 0,4–10L | 1–8m3/hr | UIP4000 |
| n.a. | 4–30m3/hr | UIP16000 |
| n.a. | 30m3/hr-dan çox | bu cihazlardan ibarət klaster: UIP10000 və ya UIP16000 |
Xam neftlərin kükürdsüzləşdirilməsi üçün 192 kW gücündə yüksək güclü ultrasəs cihazları ilə təchiz olunmuş qurğu
- Turşu ilə esterifikasiya
- Qələvi ilə transesterifikasiya
- Akvayanacaqlar (su/neft)
- Dənizdəki qurğularda neft sensorlarının təmizlənməsi
- Qazma məhlullarının hazırlanması
Ultrasəslə emaldan istifadənin üstünlükləri
UAODS HDS ilə müqayisədə əhəmiyyətli üstünlüklər təklif edir. Tiofenlər, əvəzlənmiş benzo- və dibenzotiofenlər aşağı temperatur və təzyiq şəraitində oksidləşdirilir. Buna görə də bahalı hidrogen tələb olunmur və bu, prosesi kiçik və orta ölçülü neft emalı zavodları və ya hidrogen boru kəmərinin yaxınlığında yerləşməyən təcrid olunmuş neft emalı zavodları üçün daha uyğun edir. Artan reaksiya sürəti və mülayim reaksiya temperaturu və təzyiqi bahalı susuz və ya aprotik həlledicilərdən istifadəni aradan qaldırır.
Ultrasəslə dəstəklənən oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə (UAODS) qurğusunun ənənəvi hidrotəmizləmə qurğusu ilə inteqrasiyası kükürd miqdarı aşağı və/və ya ultraaşağı olan dizel yanacaqlarının istehsalında səmərəliliyi artıra bilər. Bu texnologiya kükürd səviyyəsini azaltmaq üçün ənənəvi hidrotəmizləmədən əvvəl və ya sonra istifadə oluna bilər.
UAODS prosesi yeni yüksək təzyiqli hidrotəmizləmə qurğusunun dəyəri ilə müqayisədə təxmini kapital xərclərini yarıdan çox azalda bilər.
Hidrokükürdsüzləşdirmənin (HDS) çatışmazlıqları
Hidrokükürdsüzləşdirmə (HDS) tiolların, sulfidlərin və disulfidlərin uzaqlaşdırılması üçün yüksək səmərəli proses olsa da, dibenzotiofen və onun törəmələri (məsələn, 4,6-dimethydibenzothiophene 4,6-DMDBT) kimi çətin çevrilən kükürd tərkibli birləşmələrin miqdarını ultraaşağı səviyyəyə endirmək çətindir. Yüksək temperaturlar, yüksək təzyiqlər və yüksək hidrogen sərfi ultradərin kükürdsüzləşdirmə üçün HDS-nin kapital və istismar xərclərini artırır. Yüksək kapital və istismar xərcləri qaçılmazdır. Qalıq iz miqdarındakı kükürd reforminq və çevrilmə prosesində istifadə olunan nəcib metal katalizatorlarını və ya yanacaq elementi yığınlarında istifadə olunan elektrod katalizatorlarını zəhərləyə bilər.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Jiyuan Fan, Aiping Chen, Saumitra Saxena, Sundaramurthy Vedachalam, Ajay K. Dalai, Wen Zhang, Abdul Hamid Emwas, William L. Roberts(2021): Ultrasound-assisted oxidative desulfurization of Arabian extra light oil (AXL) with molecular characterization of the sulfur compounds. Fuel, Volume 305, 2021.
- Zhilin Wu, Bernd Ondruschka (2010): Ultrasound-assisted oxidative desulfurization of liquid fuels and its industrial application. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 17, Issue 6, 2010. 1027-1032.
- Ashutosh Kumar Prajapati, Sunil Kumar Singh, Shashi Prakash Gupta, Ashutosh Mishra (2018): Desulphurization of Crude Oil by Ultrasound Integrated Oxidative Technology. IJSRD – International Journal for Scientific Research & Development, Vol. 6, Issue 02, 2018.
[/two_thirds_last]