Ultrazvukově asistovaná Oxidační odsíření (UAODS)

sloučeniny obsahující síru v surové ropě, ropy, nafty a jiných palivových olejů zahrnují sulfidy, thioly, thiofeny, substituované benzo- a dibenzothiofeny (BTS a DBTs), Benzonaphthothiophene (BNT), a mnoho dalších komplexní molekuly, ve které jsou kondenzované thiofeny jsou nejčastější formy. Hielscher ultrazvukové reaktory pomáhat oxidační hluboko odsiřování Proces potřebný ke splnění dnešní přísné ekologické předpisy a ultra-nízkou kapacitu síra diesel (ULSD, 10 ppm síry).

Oxidační odsíření (ODS)

Oxidační odsíření s peroxidem vodíku a následnou extrakcí rozpouštědlem je dvoustupňový hluboké odsíření technologie pro snížení množství sloučeniny organosíry v topných olejích. Hielscher ultrazvukové reaktory se používají v obou fázích pro zlepšení přenosu fáze reakční kinetiky a rychlosti rozpouštění v systémech kapalina-kapalina fáze.

Vývojový diagram pro ultrazvukem asistované oxidační odsíření – 2 Etapy

V první fázi ultrazvukem asistované oxidační odsíření, peroxid vodíku se používá jako oxidační činidlo pro selektivní oxidaci molekul obsahujících síru, které jsou přítomny v palivové oleje na odpovídající sulfoxidy nebo sulfony za mírných podmínek, aby se zvýšila jejich rozpustnost v polárních rozpouštědlech, se zvýšením v jejich polaritě. V této fázi, nerozpustnost polární vodné fáze a nepolární organické fáze je významným problémem v procesu oxidačního odsíření jako obě fáze navzájem reagovat pouze na mezifázi. Bez ultrazvukem, což má za následek nízkou reakční rychlostí a pomalé přeměně organosíry v tomto dvoufázovém systému.

ultrazvukové emulgace

Olejová fáze a vodná fáze se smísí se čerpá do statického mixéru za vzniku základní emulze konstantním objemovém poměru, který je potom přiváděn do ultrazvukové směšovacího reaktoru. Tam, ultrazvukové kavitace vyrábí vysoce hydraulické smyku a rozbije vodné fáze do submikronové a nanorozměrových kapiček. Jako specifické plochy povrchu fázového rozhraní je vliv na chemickou rychlost reakce této významné snížení průměru kapek zlepšuje kinetiku reakce a snižuje nebo eliminuje potřebu fázového přenosu látek. Pomocí ultrazvuku, objemové procento peroxidu může být snížena, protože jemnější emulze je třeba menší objem poskytovat stejné kontaktní povrch s olejovou fází.

Ultrazvukově asistovaná Oxidace

Ultrazvuková kavitace vytváří intenzivní místní topení (~ 5000K), vysoký tlak (~ 1000atm), enormní rychlosti zahřívání a ochlazování (>10⁹ K / s) a proudu proudění kapaliny (~ 1000 km / h). Toto extrémně reaktivní prostředí oxiduje thiofeny v olejové fázi rychleji a úplněji na vyšší polární sulfoxid a sulfony. Katalyzátor může dále podporovat oxidační proces, ale nejsou podstatné. Bylo prokázáno, že amfifilní emulzní katalyzátory nebo katalyzátory fázového přenosu (PTC), jako jsou kvartérní amoniové soli s jejich jedinečnou schopností rozpouštění ve vodných i organických kapalinách, spolu s oxidačním činidlem a transportují z fáze rozhraní do reakční fáze, čímž zvýšení rychlosti reakce. Fentonovo činidlo může být přidáno pro zvýšení oxidativní odsíření účinnosti dieselových paliv a vykazuje dobrý synergický účinek se synoxidačním zpracováním.

Vylepšená Mass-Přenos

Když se sloučeniny organosíry reagují na fázové rozhraní, jsou sulfoxidy a sulfony se hromadí na povrchu vodné kapičky a blokovat jiné sloučeniny síry v interakci u vodné fáze. Hydraulické nůžky způsobené kavitačné proudových toků a akustickým důsledku streamování turbulentního proudění a transportu materiálu z a kapička povrchy a vede k opakovanému shlukování a následné vytvoření nových kapiček. Když produkt oxidační postupuje v průběhu času, sonikace maximalizuje expozici a interakci činidel.

Fáze Převod Extrakce sulfonů

Po oxidaci a oddělení od vodné fáze (H₂Ó₂), Sulfony lze extrahovat za použití polárního rozpouštědla, jako je například acetonitril, při druhém stupni. Sulfony se převede na fázovém rozhraní mezi oběma fázemi do rozpouštědlové fáze pro jejich vyšší polaritou. Stejně jako v prvním stupni, Hielscher ultrazvukové reaktory zlepšit extrakci kapaliny kapalinou tím, že se jemné velikosti turbulentní emulze rozpouštědlové fáze v olejové fázi. To zvyšuje fáze kontaktní povrch a výsledky extrakce a sníženou spotřebu rozpouštědla.

Z laboratorních testů na Pilot Scale a výrobu

Hielscher Ultrazvuk nabízí vybavení pro testování, ověřování a využívat tuto technologii v jakémkoli měřítku. V podstatě se to dělá ve 4 krocích pouze.

1. Smíchejte olej s H₂Ó₂ a sonikuje se oxidují sloučeniny síry
2. Odstředivka se oddělí vodná fáze
3. Smíchejte olejovou fázi s rozpouštědlem a vystaví působení ultrazvuku k extrakci sulfonů
4. Centrifuga pro separaci rozpouštědla fáze se sulfony

V laboratorním měřítku lze použít UP200Ht k prokázání koncepce a pro nastavení základních parametrů, jako je koncentrace peroxidu, teploty procesu, doba působení ultrazvukem a intenzity, stejně jako katalyzátor nebo použití rozpouštědla.
V bench-top-level UIP1000hd, umožňuje simulovat obou stupňů nezávisle na průtoku 100 až 1000l / h (25 až 250 gal / h), a pro optimalizaci procesu a ultrazvukové vibrace po parametry. Hielscher ultrazvukové zařízení je určeno pro lineární scale-up do větších objemech zpracování v pilotním nebo průmyslovém měřítku. Hielscher zařízení jsou prokazatelně pracovat spolehlivě vysoké procesy objemových, včetně rafinace pohonných hmot. Hielscher vyrábí kontejnerových systémů, který kombinuje několik z našeho vysokého výkonu 10kW a 16kW zařízení do shluků pro snadnou integraci. Designs splnit požadavky nebezpečné prostředí jsou k dispozici také. Níže uvedená tabulka uvádí zpracování objemů a doporučených velikostí zařízení.

Ultrazvukový Míchání System – 2 pramínky 6x10kW (2x120m³/ H)

Výhody použití ultrazvuku

UAODS nabízí významné výhody ve srovnání s HDS. Thiofeny, substituovaný benzo a dibenzothiofeny se oxidují při nízkých teplotních a tlakových podmínek. Z tohoto důvodu není nutné nákladné vodík aby byl tento proces vhodnější pro malé a středně velké rafinerie, nebo izolovat rafinerie nejsou umístěny v blízkosti vodíku potrubí. Zvýšená rychlost reakce a mírné reakční teplota a tlak se zabránilo zaměstnání drahých bezvodých nebo aprotických rozpouštědlech.
Integrace s ultrazvukem asistované oxidační odsiřování (UAODS) jednotka s konvenční hydrogenačního zařízení může zvýšit účinnost v produkci nízké a / nebo ultra nízkým obsahem síry, motorové nafty. Tato technologie může být použita před nebo po konvenčním hydrotreatement ke snížení obsahu síry.
Proces UAODS může snížit náklady na odhad kapitálu o více než polovinu ve srovnání s náklady na nové vysokotlaké hydrogenační rafinaci.

Nevýhody odsíření (HDS)

Zatímco hydrodesulfurization (HDS) je vysoce účinný způsob pro odstranění thioly, sulfidy, disulfidy a, je obtížné odstranit žáruvzdorné sloučeniny, obsahující síru, jako je dibenzothiofen a její deriváty (např 4,6-dimethydibenzothiophene 4,6-DMDBT) na ultra-nízké úrovni. Vysoké teploty, vysoké tlaky a vysoké spotřebě vodíku se zvyšování nákladů kapitálové a provozní HDS pro ultra-hluboké odsíření. Vysoká kapitálové a provozní náklady jsou nevyhnutelné. Zbývající hladina stopových síry mohou otrávit katalyzátory z ušlechtilých kovů použitých v re-tváření a transformuje procesu nebo elektrodě katalyzátory používané v palivových článků stohů.