Dəniz yanacağının ultrasəslə kükürdsüzləşdirilməsi
- Dəniz yanacaqlarına kükürd miqdarının 0,5%m/m və ya daha az olmasını tələb edən yeni qaydalar tətbiq olunur.
- Ultrasəs dəstəkli oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə (UAOD) oksidləşmə reaksiyasını sürətləndirən, tətbiqi təsdiqlənmiş üsuldur və iqtisadi cəhətdən sərfəli, təhlükəsiz prosesdir.
- UAOD prosesləri ətraf mühit temperaturunda və atmosfer təzyiqində aparıla bilər və karbohidrogen yanacaqlarından kükürd birləşmələrinin seçici şəkildə çıxarılmasına imkan verir.
- Hielscher yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs sistemlərini quraşdırmaq asandır və onları gəmidə və ya sahildə təhlükəsiz istismar etmək mümkündür.
Az kükürdlü dəniz yanacaqları
Beynəlxalq Dəniz Təşkilatı (IMO) dünya üzrə dəniz gəmilərinin January 2020 tarixindən etibarən kükürd miqdarı 0,5%m/m olan dəniz yanacaqlarından istifadə etməsini tələb edən yeni qaydalar tətbiq etmişdir. Bu yeni qaydalar dəniz yanacaqlarının emalında köklü dəyişikliklər tələb edir: az kükürdlü yanacaqlar üçün yeni normalara əməl etmək məqsədilə səmərəli kükürdsüzləşdirmə prosesi lazımdır.
Ultrasəs dəstəkli oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə (UAOD) benzin, nafta, dizel, dəniz yanacağı və s. kimi maye karbohidrogen yanacaqlarına tətbiq edilərək ağır yanacaqların böyük həcmli axınlarından kükürdü çıxarmaq üçün yüksək səmərəli və praktik cəhətdən yararlı üsuldur.
2 mərhələli ultrasəs oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmənin axın sxemi
Oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə
Oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə (ODS) hidrokükürdsüzləşdirməyə (HDS) ekoloji cəhətdən əlverişli və iqtisadi cəhətdən sərfəli alternativdir, çünki oksidləşmiş kükürd birləşmələrini ağır yanacaq yağlarından ayırmaq xeyli asandır. Oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə mərhələsindən sonra çıxarılmış kükürd birləşmələri fiziki üsullarla ayrılır, məsələn, qarışmayan polyar həlledicidən istifadə və ardınca qravitasiya, adsorbsiya və ya mərkəzdənqaçma ilə ayırma tətbiq olunur. Alternativ olaraq, oksidləşmiş kükürdü çıxarmaq üçün termiki parçalanmadan istifadə edilə bilər.
Oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə reaksiyası üçün oksidləşdirici (məsələn, hidrogen H2O2, natrium xlorit NaClO2, diazot monoksid N2O, natrium periodat NaIO4), katalizator (məsələn, turşular), eləcə də fazalararası keçid reagenti tələb olunur. Fazalararası keçid reagenti su və yağ fazaları arasındakı heterogen reaksiyanın gedişini asanlaşdırır; bu reaksiya ODS reaksiyasının sürətini məhdudlaşdıran mərhələdir.
- yüksək səmərəlilik – 98%-ə qədər kükürdsüzləşdirmə
- iqtisadi cəhətdən sərfəli: az investisiya, aşağı istismar xərcləri
- katalizatorun zəhərlənməməsi
- asan, xətti miqyaslandırma
- təhlükəsiz istismar
- sahildə və açıq dənizdə (gəmidə) quraşdırma
- investisiyanın sürətli geri dönüşü
Ultrasəs dəstəkli oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə
Hidrokükürdsüzləşdirmə (HDS) daha yüksək investisiya xərcləri, reaktorlarda 400ºC-yə qədər yüksək reaksiya temperaturu və 100atm-ə qədər yüksək təzyiq tələb etdiyi halda, ultrasəs dəstəkli oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə prosesi (UAOD) xeyli daha rahat, səmərəli və ekoloji cəhətdən daha əlverişlidir. UAOD katalitik kükürd çıxarılması zamanı reaktivliyi xeyli artırır və eyni zamanda daha aşağı istismar xərcləri, daha yüksək təhlükəsizlik və ətraf mühitin qorunmasını təmin edir. Sənaye ultrasəs axın reaktoru sistemləri yüksək səmərəli dispersləşdirmə və bunun nəticəsində yaxşılaşan reaksiya kinetikası sayəsində kükürdsüzləşdirmə sürətini artırır. Ultrasəslə emal nanoölçülü dispersiyalar yaratdığından, heterogen reaksiyada müxtəlif fazalar arasındakı kütlə ötürülməsi kəskin şəkildə artır.
Ultrasəs (akustik) kavitasiyası kavitasiya qaynar nöqtələrində yaranan ekstremal şərait sayəsində reaksiya sürətini və kütlə ötürülməsini artırır. Kavitasiya qabarcığının içəriyə doğru çökməsi zamanı lokal olaraq təxminən 5.000K çox yüksək temperatur, çox yüksək soyuma sürətləri, təxminən 2.000atm təzyiq və müvafiq olaraq ekstremal temperatur və təzyiq fərqləri yaranır. Kavitasiya qabarcığının içəriyə doğru çökməsi həmçinin sürəti 280m/s-ə qədər olan maye şırnaqları yaradır və bu, çox yüksək kəsilmə qüvvələrinə səbəb olur. Bu fövqəladə mexaniki qüvvələr oksidləşmə reaksiyasını sürətləndirir və saniyələr ərzində kükürdün çevrilmə səmərəliliyini artırır.
Kükürdün daha tam çıxarılması
Merkaptanlar, tioefirlər, sulfidlər və disulfidlər ənənəvi hidrokükürdsüzləşdirmə (HDS) prosesi ilə çıxarıla bildiyi halda, tiofenlərin, benzotiofenlərin (BT), dibenzotiofenlərin (DBT) və 4,6-dimetildibenzotiofenlərin (4,6-DMDBT) çıxarılması üçün daha mürəkkəb üsul tələb olunur. Ultrasəs oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə hətta çətin çıxarılan davamlı kükürd birləşmələrinin (məsələn, 4,6-dimetildibenzotiofen və digər alkil əvəzlənmiş tiofen törəmələrinin) çıxarılmasında yüksək səmərəlidir. Ebrahimi və həmmüəllifləri (2018) Hielscher sonoreaktoru ilə 98,25%-ə qədər kükürdsüzləşdirmə səmərəliliyinin əldə olunduğunu bildirirlər; həmin sonoreaktor kükürdün çıxarılması üçün optimallaşdırılmışdır. Bundan əlavə, ultrasəslə oksidləşdirilmiş kükürd birləşmələri “əsas” su ilə yuma vasitəsilə ayrıla bilər.
Optimal parametrlərdə çoxmərhələli UAOD prosesinin təsiri
UP400S ilə ultrasəs kükürdsüzləşdirməsinin tətbiq oluna bilməsinin sınağı
Shayegan və həmmüəllifləri 2013-cü ildə ultrasəslə emalı (UP400S) qazoyldakı kükürd miqdarını azaltmaq üçün oksidləşdirici kimi hidrogen peroksid, katalizator kimi FeSO, pH tənzimləyicisi kimi sirkə turşusu və ekstraksiya həlledicisi kimi metanolla birləşdirmişlər.
Oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə zamanı katalizator kimi metal ionlarının əlavə edilməsi və ultrasəslə emaldan istifadə reaksiya sürəti sabitlərini xeyli artıra bilər. Ultrasəs enerjisi reaksiyanın aktivləşmə enerjisini azalda bilər. Ultrasəslə emal bərk katalizatorlarla reagentlər arasındakı sərhəd təbəqəsini dağıdır və katalizatorlarla reagentin homogen qarışığını təmin edir – bununla reaksiya kinetikasını yaxşılaşdırır.
Kükürdün ekstraksiyası prosesi kükürdsüzləşdirilmiş qazoylun bütün həcmini geri əldə etmək məqsədilə aparılan kükürdsüzləşdirmə zamanı mühüm mərhələdir. Həlledici kimi metanoldan istifadə edilən maye–maye ekstraksiyası sadə ekstraksiya prosesidir, lakin yüksək səmərəliliyi təmin etmək üçün qarışmayan fazaların səmərəli qarışdırılması vacibdir. Yalnız fazalar arasında maksimum təmas səthi və bunun ardınca maksimum kütlə ötürülməsi yarandıqda yüksək ekstraksiya sürəti əldə olunur. Ultrasəslə emal və akustik kavitasiyanın yaradılması reaksiyaya girən fazaların intensiv qarışmasını təmin edir və reaksiyanın aktivləşmə enerjisini azaldır.
Dəniz yanacağının kükürdsüzləşdirilməsi üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs qurğuları
Hielscher Ultrasonics sənaye miqyasında UAOD kimi yüksək tələblər qoyulan tətbiqlər üçün yüksək güclü ultrasəs sistemləri bazarının lideridir. 200µm-ə qədər yüksək amplitudalar, tam yük və ağır iş şəraitində 24/7 istismar, möhkəmlik və istifadə rahatlığı Hielscher ultrasəs cihazlarının əsas xüsusiyyətləridir. Müxtəlif güc siniflərinə aid ultrasəs sistemləri və sonotrodlar, eləcə də müxtəlif axın reaktoru həndəsələri kimi aksesuarlar ultrasəs sistemini konkret yanacağınıza, emal gücünüzə və mühitinizə ən uyğun şəkildə uyğunlaşdırmağa imkan verir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir:
| Partiya həcmi | Axın sərfi | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha böyük | cihazlar qrupu: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Laboratoriyadan pilot və sənaye miqyasına qədər yüksək güclü ultrasəs prosessorları.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- 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.
Ultrasəs dəstəkli oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə (UAOD) üzrə tədqiqat nəticələri
Prajapati və həmmüəllifləri (2018): Ultrasəslə inteqrasiya olunmuş oksidləşdirici texnologiya ilə xam neftin kükürdsüzləşdirilməsi. IJSRD – International Journal for Scientific Research & Development, cild 6, say 02, 2018.
Prajapati və həmmüəllifləri (2018) ultrasəs dəstəkli oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə (UAOD) üçün Hielscher ultrasəs reaktorunun üstünlüklərini təsvir edirlər. UAOD ənənəvi hidrotəmizləməyə praktik cəhətdən yararlı alternativ texnologiyaya çevrilmişdir; ənənəvi hidrotəmizləmə yüksək təzyiqli, yüksək temperaturlu hidrokükürdsüzləşdirmə avadanlığı, qazanlar, hidrogen istehsalı qurğuları və kükürdün bərpası qurğuları səbəbindən əhəmiyyətli investisiya və istismar xərcləri ilə çətinləşir. Ultrasəs dəstəkli oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə kükürdün dərin təmizlənməsi prosesini xeyli daha mülayim şəraitdə, daha sürətli, daha təhlükəsiz və iqtisadi cəhətdən xeyli daha sərfəli şəkildə aparmağa imkan verir.
Ultrasəs dəstəkli oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə (UAOD) prosesi model kükürd birləşmələri (benzotiofen, dibenzotiofen və dimetildibenzotiofen) olan dizel yanacağına və neft məhsulu xammalına tətbiq edilmişdir. Oksidləşdiricinin miqdarının, ekstraksiya mərhələsi üçün həlledicinin həcminin, ultrasəslə emal müddətinin və temperaturunun (UIP1000hdT, 20 kHz, 750 W, 40% səviyyəsində işləyən cihaz) təsiri tədqiq edilmişdir. UAOD üçün optimallaşdırılmış şəraitdən istifadə etməklə neft məhsulu xammalındakı model birləşmələr üçün 99%-ə qədər kükürd çıxarılması əldə edilmişdir; bu zaman H2O2:sirkə turşusu:kükürd mol nisbəti 64:300:1 olmuş, 90ºC-də 9min ultrasəslə emaldan sonra metanolla ekstraksiya aparılmışdır (optimallaşdırılmış həlledici və yağ nisbəti 0,36). Eyni reagent miqdarından və 9 min ultrasəslə emaldan istifadə edildikdə dizel yanacağı nümunələrində kükürdün çıxarılması 75%-dən yüksək olmuşdur.
Yüksək ultrasəs amplitudalarının əhəmiyyəti
Xam neftin kommersiya miqyasında oksidləşdirici kükürdsüzləşdirilməsinin ultrasəslə intensivləşdirilməsi yüksək rəqs amplitudalarını təxminən 80–100 mikron səviyyəsində saxlaya bilən sənaye ölçülü axınlı ultrasəs prosessorundan istifadəni tələb edir. Amplitudalar ultrasəs kavitasiyasının yaratdığı kəsilmə qüvvələrinin intensivliyi ilə birbaşa əlaqəlidir və qarışdırmanın səmərəli olması üçün kifayət qədər yüksək səviyyədə saxlanmalıdır.
Prajapati və həmmüəlliflərinin apardıqları təcrübələr ultrasəslə emalın kükürdsüzləşdirmə reaksiyasını gücləndirdiyini göstərir. Kükürdsüzləşdirmə səmərəliliyi yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs tətbiq edildikdə təxminən 93,2% olmuşdur.
Shayegan və həmmüəllifləri (2013): Ultrasəs dəstəkli katalitik oksidləşdirici proseslə qazoyldan kükürdün çıxarılması və onun optimal şəraitinin tədqiqi. Korean Journal of Chemical Engineering 30(9), September 2013. 1751–1759.
Ultrasəs dəstəkli oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə prosesi (UAOD) müxtəlif növ kükürd tərkibli qazoyldakı kükürd birləşmələrini azaltmaq üçün tətbiq edilmişdir. Ekoloji qayda kükürd birləşmələrini aradan qaldırmaq üçün çox dərin kükürdsüzləşdirmə tələb edir. UAOD daha aşağı istismar xərcləri, daha yüksək təhlükəsizlik və ətraf mühitin qorunmasını təmin edən perspektivli texnologiyadır. İlk dəfə olaraq tipik fazalararası keçid agenti (tetraoktilammonium bromid) izobutanolla əvəz edilmişdir, çünki izobutanoldan istifadə iqtisadi cəhətdən TOAB ilə müqayisədə xeyli daha sərfəlidir və çirklənmə yaratmır. Reaksiya müxtəlif temperaturlarda optimal nöqtədə, bir, iki və üç mərhələli prosedurlarla aparılmış, H2O2 miqdarının tədricən artırılmasının və TOAB agentinin izobutanol əvəzinə istifadəsinin təsiri tədqiq edilmişdir. Yağ fazasında ümumi kükürd konsentrasiyası ASTM-D3120 üsulu ilə təhlil edilmişdir. Tərkibində 9.500 mg/kg kükürd olan qazoyl üçün təxminən 90%-lik ən yüksək çıxarılma dərəcəsi üç mərhələdə, 62±2°C-də 17 dəqiqəlik proses ərzində, 180,3 mmol H2O2 istifadə edildikdə və ekstraksiya metanolla aparıldıqda əldə edilmişdir.
Akbari və həmmüəllifləri (2014): Model dizel yanacağının oksidləşdirici kükürdsüzləşdirilməsində proses dəyişənlərinin və ultrasəsin intensivləşdirici təsirlərinin MoO3/Al2O3 katalizatoru üzərində tədqiqi. Ultrasonics Sonochemistry 21(2), March 2014. 692–705.
MoO3/Al2O3 katalizatorundan və ultrasəslə emalla birləşdirilmiş H2O2 oksidləşdiricisindən ibarət yeni heterogen sonokatalitik sistem dizel yanacağının model kükürd birləşmələrinin oksidləşməsini yaxşılaşdırmaq və sürətləndirmək üçün tədqiq edilmiş və prosesin səmərəliliyində əhəmiyyətli artımla nəticələnmişdir. Ultrasəsin katalizatorun xüsusiyyətlərinə, aktivliyinə və sabitliyinə təsiri GC-FID, PSD, SEM və BET üsulları ilə ətraflı öyrənilmişdir. Tərkibində 1000 μg/g kükürd olan model dizel yanacağında yeni ultrasəs dəstəkli kükürdsüzləşdirmə ilə DBT-nin 98%-dən çox çevrilməsi əldə edilmişdir; bu zaman H2O2/kükürd mol nisbəti 3, temperatur 318 K və katalizator dozası 30 g/L olmuş, reaksiya 30 min davam etmişdir; ultrasəssiz prosesdə isə 55% çevrilmə əldə edilmişdir. Bu yaxşılaşmaya istismar parametrləri və katalizatorun xüsusiyyətləri əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərmişdir. Əsas proses dəyişənlərinin təsirləri cavab səthi metodologiyasından istifadə etməklə ultrasəssiz prosesdə ultrasəslə emalla müqayisəli şəkildə tədqiq edilmişdir. Ultrasəs yağ fazasında hidrogen rabitələrini qırmaqla və katalizatorla oksidləşdiricinin aqqlomeratlarını dağıtmaqla onların yaxşı dispersləşməsini təmin etmişdir. Katalizatorun səthində qarışıqların çökməsi ultrasəssiz təcrübələrdə sürətli deaktivləşməyə səbəb olmuş, təkrar istifadə olunan katalizatorla ultrasəssiz reaksiyanın 6 dövründən sonra DBT-nin yalnız 5%-i oksidləşmişdir. Ultrasəs dəstəkli 6 dövrdən sonra DBT-nin 95%-dən çoxu oksidləşmişdir; bu, ultrasəslə emal zamanı səthin təmizlənməsi sayəsində sabitliyin xeyli yaxşılaşdığını göstərir. Həmçinin 3h ultrasəslə emaldan sonra hissəcik ölçüsündə əhəmiyyətli azalma müşahidə edilmişdir ki, bu da katalizatorun model yanacaqda daha çox dispersləşməsini təmin edə bilər.
Afzalinia və həmmüəllifləri (2016): Katalizator kimi qarşılıqlı nüfuz edən, amin funksional qrupları ilə funksionallaşdırılmış Zn(II) əsaslı MOF daxilində kapsullaşdırılmış fosfovolfram turşusu ilə maye yanacağın ultrasəs dəstəkli oksidləşdirici kükürdsüzləşdirilməsi prosesi. Ultrasonics Sonochemistry 2016
Bu işdə maye yanacaqların ultrasəs dəstəkli oksidləşdirici kükürdsüzləşdirilməsi (UAOD) amino funksional qrupları ilə funksionallaşdırılmış MOF daxilində kapsullaşdırılmış yeni heterogen, yüksək dərəcədə dispersləşdirilmiş Keggin tipli fosfovolfram turşusu (H3PW12O40, PTA) katalizatoru ilə aparılmışdır; həmin MOF-un identifikatoru TMU-17 -NH2-dir. Hazırlanmış kompozit model yanacağın oksidləşdirici kükürdsüzləşdirilməsində yüksək katalitik aktivlik və təkrar istifadə imkanı göstərir. Ultrasəs dəstəkli oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə (UAOD) kükürd tərkibli birləşmələrin oksidləşmə reaksiyasını mülayim şəraitdə sürətlə, iqtisadi cəhətdən sərfəli, ekoloji cəhətdən əlverişli və təhlükəsiz şəkildə aparmaq üçün yeni üsuldur. Ultrasəs dalğaları reaksiya müddətini azaltmaq və oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə sisteminin iş göstəricilərini yaxşılaşdırmaq üçün səmərəli vasitə kimi tətbiq edilə bilər. PTA@TMU-17-NH2 vasitəsilə 20 mg katalizatordan istifadə etməklə, O/S mol nisbəti 1:1 olduqda və ekstraksiya həlledicisi kimi MeCN iştirakında model yağın tam kükürdsüzləşdirilməsi həyata keçirilə bilmişdir. Əldə edilmiş nəticələr göstərmişdir ki, ətraf mühit temperaturunda 15 min-dən sonra DBT-nin DBTO2-yə çevrilməsi 98%-ə çatır. Bu işdə biz ilk dəfə ultrasəs şüalanması ilə TMU-17-NH2 və PTA/TMU-17-NH2 kompozitini hazırlamış və UAOD prosesində tətbiq etmişik. Hazırlanmış katalizator PTA-nın yuyulub çıxması və aktivlik itkisi olmadan əla təkrar istifadə imkanı göstərir.