Hielscher Ultrasonics
Rádi s vámi probereme váš postup.
Zavolejte nám: +49 3328 437-420
Napište nám: info@hielscher.com

Ultrazvukové odsíření lodního paliva

  • Lodní paliva jsou ovlivněna novými předpisy, které vyžadují obsah síry 0,5 % m/m nebo méně.
  • Ultrazvukem asistovaná oxidační odsíření (UAOD) je zavedená metoda, která urychluje oxidační reakci a je ekonomickým a bezpečným procesem.
  • Procesy UAOD mohou být prováděny při okolní teplotě a atmosférickém tlaku a umožňují selektivní odstraňování sloučenin síry z uhlovodíkových paliv.
  • Vysoce výkonné ultrazvukové systémy Hielscher se snadno instalují a jsou bezpečné pro provoz na palubě nebo na pevnině.

Lodní paliva s nízkým obsahem síry

Mezinárodní námořní organizace (IMO) zavedla nové předpisy, podle kterých jsou námořní plavidla po celém světě povinna od ledna 2020 používat lodní paliva s obsahem síry 0,5 % m/m. Tyto nové předpisy vyžadují zásadní změny ve zpracování lodních paliv: Aby byly splněny nové normy pro paliva s nízkým obsahem síry, je nutný účinný proces odsíření.
Ultrazvukem asistované oxidativní odsíření (UAOD) kapalných uhlovodíkových paliv, jako je benzín, nafta, nafta, lodní palivo atd., je vysoce účinná a životaschopná metoda odstraňování síry z velkých objemů těžkých paliv.

Ultrazvukem asistované oxidační odsíření (UAOD)

Vývojový diagram 2-stupňového ultrazvukového oxidačního odsíření

Oxidační odsíření

Oxidační odsíření (ODS) je ekologická a ekonomická alternativa k hydrogenačnímu odsíření (HDS), protože oxidované sloučeniny síry lze výrazně snadněji oddělit od těžkých topných olejů. Po kroku oxidační desuhurizace se extrahované sloučeniny síry oddělí fyzikálními metodami, např. pomocí nemísitelného polárního rozpouštědla a následnou gravitační, adsorpční nebo odstředivou separací. Alternativně lze k odstranění oxidované síry použít tepelný rozklad.
Pro oxidační odsiřovací reakci se oxidační činidlo (např. vodík H)2O2, chloritan sodný NaClO2, oxid dusný N2O, jodistan sodný NaIO4), je zapotřebí katalyzátor (např. kyseliny) a činidlo pro fázový přenos. Činidlo pro přenos fází pomáhá podporovat heterogenní reakci mezi vodnou a olejovou fází, což je krok omezující rychlost reakce ODS.

Výhody UAOD

  • Vysoká efektivita – až 98% odsíření
  • Hospodárnost: Nízká investice, nízké provozní náklady
  • Žádná otrava katalyzátorem
  • Snadné, lineární škálování
  • Bezpečný provoz
  • suchozemský & Instalace na moři (na palubě)
  • Rychlá návratnost investic
Ultrazvukové odsíření lodních paliv

Žádost o informace




Všimněte si našich Zásady ochrany osobních údajů.




Ultrazvukem asistované oxidační odsíření

Zatímco hydrodemisřování (HDS) vyžaduje vyšší investiční náklady, vysokou reakční teplotu až 400 °C a vysoký tlak až 100 atm v reaktorech, ultrazvukem asistovaný proces oxidačního odsíření (UAOD) je mnohem pohodlnější, efektivnější a ekologičtější. UAOD výrazně zvyšuje reaktivitu katalytického odstraňování síry a zároveň nabízí nižší provozní náklady, vyšší bezpečnost a ochranu životního prostředí. Průmyslové systémy ultrazvukových průtokových reaktorů zvyšují rychlost odsíření díky vysoce účinné disperzi a tím zlepšují kinetiku reakce. Vzhledem k tomu, že ultrazvukové zpracování poskytuje disperze v nanoměřítku, přenos hmoty mezi různými fázemi v heterogenní reakci se drasticky zvyšuje.
Výkonná ultrazvuková kavitaceUltrazvukové (akustické) kavitace Zvyšuje reakční rychlost a přenos hmoty extrémními podmínkami, kterých je dosaženo v kavitačních horkých místech. Během imploze kavitační bubliny jsou lokálně dosahovány velmi vysoké teploty cca 5 000 K, velmi rychlé ochlazování, tlaky cca 2 000 atm a v důsledku toho extrémní teplotní a tlakové rozdíly. Imploze kavitační bubliny má také za následek trysky kapaliny o rychlosti až 280 m/s, což vytváří velmi vysoké smykové síly. Tyto mimořádné mechanické síly urychlují oxidační reakční dobu a zvyšují účinnost přeměny síry během několika sekund.

Úplnější odstranění síry

Zatímco merkaptany, thioethery, sulfidy a disulfidy lze odstranit konvenčním procesem hydrogenačního odsíření (HDS), pro odstranění thiofenů, benzothiofenů (BT), dibenzothiofenů (DBT) a 4,6-dimethyldibenzothiofenů (4,6-DMDBT) je zapotřebí sofistikovanější metoda. Ultrazvukové oxidační odsíření je vysoce účinné, pokud jde o odstranění i těžko odstranitelných sloučenin žáruvzdorných na síru (např. 4,6-dimethyldibenzothiofen a další alkyl-substituované deriváty thiofenu). Ebrahimi a kol. (2018) uvádějí účinnost odsíření až 98,25% pomocí Hielscherova sonoreaktoru Optimalizováno pro odstraňování síry. Kromě toho mohou být ultrazvukem oxidované sloučeniny síry odděleny základním proplachem vodou.

U vícestupňové ultrazvukem asistované oxidativní odsíření (UAOD) se výrazně zvýšilo odstraňování síry. (Shayegan et al. 2013)

Vliv vícestupňového UAOD procesu při optimálních parametrech

Test proveditelnosti ultrazvukového odsíření s UP400S

Shayegan et al. 2013 kombinovaná ultrazvuku (UP400S) s peroxidem vodíku jako oxidačním činidlem, FeSO jako katalyzátorem, kyselinou octovou jako prostředkem pro úpravu pH a methanolem jako extrakčním rozpouštědlem za účelem snížení množství síry v plynovém oleji.
Rychlostní konstanty reakce během oxidačního odsíření lze výrazně zvýšit přidáním kovových iontů jako katalyzátoru a použitím sonikace. Ultrazvuková energie může snížit aktivační energii reakce. Ošetření ultrazvukem narušuje hraniční vrstvu mezi pevnými katalyzátory a činidly a poskytuje homogenní směs katalyzátorů a činidel – tím zlepšení reakční kinetiky.
Proces těžby síry je zásadním krokem během odsíření s cílem získat zpět celkový objem odsířeného plynového oleje. Použití extrakce kapalina-kapalina s použitím methanolu jako rozpouštědla je jednoduchý extrakční proces, ale pro zajištění vysoké účinnosti je nezbytné účinné míchání nemísitelných fází. Pouze tehdy, když mezi fázemi dojde k maximálnímu přenosu rozhraní a následně k maximálnímu přenosu hmoty, je dosaženo vysoké rychlosti extrakce. Ultrazvuku a generování akustické kavitace zajišťuje intenzivní míchání fází reaktantu a snižuje aktivační energii reakce.

Ultrazvukové nanoemulze: Toto video demonstrovalo rychlou produkci nanoemulze oleje ve vodě. UP200Ht homogenizuje olej a vodu během několika sekund.

Ultrazvuková emulgace pomocí UP200Ht se sondou S26d14

Miniatura videa

Vysoce výkonné ultrazvukové jednotky pro odsíření lodního paliva

Hielscher Ultrasonics je lídrem na trhu vysoce výkonných ultrazvukových systémů pro náročné aplikace, jako je UAOD v průmyslovém měřítku. Vysoké amplitudy až 200 μm, provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu při plném zatížení a vysokém zatížení, robustnost a uživatelská přívětivost jsou klíčovými vlastnostmi Hielscher ultrasonicators. Ultrazvukové systémy různých výkonových tříd a různé příslušenství, jako jsou sonotrody a geometrie průtokových reaktorů, umožňují nejvhodnější přizpůsobení ultrazvukového systému vašemu konkrétnímu palivu, zpracovatelské kapacitě a prostředí.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Objem dávky Průtok Doporučená zařízení
10 až 2000 ml 20 až 400 ml/min UP400St
0.1 až 20L 0.2 až 4 l/min UIP2000hdT
10 až 100 l 2 až 10 l/min UIP4000hdT
Není k dispozici 10 až 100 l / min UIP16000
Není k dispozici větší shluk UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!

Vyžádejte si více informací

Použijte prosím níže uvedený formulář, pokud si přejete požádat o další informace o ultrazvukové homogenizaci. Rádi Vám nabídneme ultrazvukový systém, který bude vyhovovat Vašim požadavkům.









Vezměte prosím na vědomí naše Zásady ochrany osobních údajů.




Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrasonicators pro sonochemické aplikace.

Vysoce výkonné ultrazvukové procesory od laboratorního po pilotní a průmyslové měřítko.



Literatura / Reference



Výsledky výzkumu ultrazvukem asistované oxidační odsíření (UAOD)

Prajapati et al. (2018): Odsíření ropy ultrazvukovou integrovanou oxidační technologií. IJSRD – Mezinárodní časopis pro vědecký výzkum & Vývoj sv. 6, číslo 02, 2018.
Prajapati et al. (2018) popisují výhody Hielscherova ultrazvukového reaktoru pro ultrazvukem asistovanou oxidační desulfurizaci (UAOD). UAOD se stal životaschopnou alternativou k tradiční hydrogenaci, která je narušena značnými investičními a provozními náklady v důsledku vysokotlakých, vysokoteplotních hydrogenačních zařízení, kotlů, vodíkových zařízení a jednotek na regeneraci síry. Ultrazvukem asistované oxidační odsíření umožňuje provádět proces hlubokého odstranění síry za mnohem mírnějších podmínek, rychleji, bezpečněji a mnohem ekonomičtěji.
Proces ultrazvukem asistované oxidativní desulfurizace (UAOD) byl aplikován na motorovou naftu a ropné produkty obsahující modelové sloučeniny síry (benzothiofen, dibenzothiofen a dimethyldibenzothiofen). Vliv množství oxidantu, objemu rozpouštědla pro extrakční krok, času a teploty ultrazvukového ošetření (UIP1000hdT, 20 kHz, 750 W, pracující na 40 %). Při použití optimalizovaných podmínek pro UAOD bylo dosaženo odstranění síry až 99 % u modelových sloučenin v ropných produktech za použití molárního podílu pro H2O2: kyselina octová: síra 64:300:1, po 9 minutách ultrazvukového ošetření při 90 ° C, následovaná extrakcí methanolem (optimalizovaný poměr rozpouštědla a oleje 0,36). Při použití stejného množství činidla a 9 minut ultrazvuku bylo odstranění síry u vzorků motorové nafty vyšší než 75 %.
Význam vysokých ultrazvukových amplitud
Ultrazvuková intenzifikace oxidačního odsíření ropy v komerčním měřítku vyžaduje použití průtokového ultrazvukového procesoru průmyslové velikosti, který je schopen udržovat vysoké amplitudy vibrací přibližně 80 – 100 mikronůs. Amplitudy přímo souvisejí s intenzitou smykových sil generovaných ultrazvukovými kavitacemi a musí být udržovány na dostatečně vysoké úrovni, aby bylo míchání účinné.
Experimenty provedené Prajapati et al. ukazují, že ultrazvuku zvyšuje reakci odsíření. Účinnost odsíření byla asi 93,2 % při použití vysoce výkonného ultrazvuku.

Shayegan et al. (2013): Odstraňování síry z plynového oleje pomocí ultrazvukem asistovaného katalytického oxidačního procesu a studium jeho optimálních podmínek. Korejský žurnál chemického inženýrství 30(9), září 2013. 1751-1759.
Ultrazvukem asistovaný oxidační odsiřovací proces (UAOD) byl použit k redukci sloučenin síry v plynovém oleji obsahujících různé typy obsahu síry. Regulace životního prostředí vyžaduje velmi hluboké odsíření, aby se eliminovaly sloučeniny síry. UAOD je perspektivní technologie s nižšími provozními náklady a vyšší bezpečností a ochranou životního prostředí. Poprvé bylo typické činidlo pro přenos fáze (tetraoktyl-amonium-bromid) nahrazeno isobutanolem, protože použití isobutanolu je mnohem ekonomičtější než TOAB a nezpůsobuje žádnou kontaminaci. Reakce byla prováděna v optimálním bodě s různými teplotami, v jedno-, dvou a třístupňových postupech, přičemž se zkoumal vliv postupného zvyšování H2O2 a TOAB se používá místo isobutanolu. Celková koncentrace síry v olejové fázi byla analyzována metodou ASTM-D3120. Nejvyššího odstranění přibližně 90 % u plynového oleje obsahujícího 9 500 mg/kg síry bylo dosaženo ve třech krocích během 17 minut procesu při teplotě 62±2 °C při 180,3 mmol H2O2 a extrakce byla provedena metanolem.

Akbari et al. (2014): Výzkum procesních veličin a intenzifikačních účinků ultrazvuku aplikovaného při oxidačním odsíření modelové nafty nad MoO3/Hliník2O3 katalyzátor. Ultrazvuková sonochemie 21(2), březen 2014. 692–705.
Nový heterogenní sonokatalytický systém skládající se z MoO3/Hliník2O3 katalyzátor a H2O2 V kombinaci s ultrazvukem byl studován ke zlepšení a urychlení oxidace modelových sloučenin síry v naftě, což vede k významnému zvýšení efektivity procesu. Vliv ultrazvuku na vlastnosti, aktivitu a stabilitu katalyzátoru byl podrobně studován pomocí technik GC-FID, PSD, SEM a BET. Nadlimitní 98% konverze DBT v modelové naftě obsahující 1000 μg/g síry byla získána novou ultrazvukem asistovanou desulfurizací při H2O2/molární poměr síry 3, teplota 318 K a dávka katalyzátoru 30 g/l po 30 minutách reakce, na rozdíl od 55% konverze získané během tichého procesu. Toto zlepšení bylo značně ovlivněno provozními parametry a vlastnostmi katalyzátoru. Účinky hlavních procesních proměnných byly zkoumány pomocí metodologie povrchu odezvy v tichém procesu ve srovnání s ultrazvukem. Ultrazvuk zajistil dobrou disperzi katalyzátoru a oxidačního činidla rozbitím vodíkových vazeb a jejich deaglomerací v olejové fázi. Usazování nečistot na povrchu katalyzátoru způsobilo rychlou deaktivaci v tichých experimentech, což mělo za následek pouze 5% oxidace DBT po 6 cyklech tiché reakce recyklovaným katalyzátorem. Nad 95% DBT bylo oxidováno po 6 ultrazvukem asistovaných cyklech, což ukazuje velké zlepšení stability čištěním povrchu během ultrazvuku. Značné snížení velikosti částic bylo také pozorováno po 3h sonikaci, která by mohla poskytnout větší disperzi katalyzátoru v modelovém palivu.

Afzalinia et al. (2016): Ultrazvukem asistovaný oxidační odsiřovací proces kapalného paliva kyselinou fosfowolframovou zapouzdřenou v interpenetrujícím MOF na bázi Amin funkcionalizovaného Zn(II) jako katalyzátoru. Ultrazvuková sonochemie 2016
V této práci byla provedena ultrazvukem asistovaná oxidativní desulfurizace (UAOD) kapalných paliv s novou heterogenní vysoce dispergovanou fosfowolframskou kyselinou Kegginova typu (H3ZAJATEC12O40, PTA), který se zapouzdřil do aminofunkcionalizovaného MOF (TMU-17 -NH2). Připravený kompozit vykazuje vysokou katalytickou aktivitu a znovupoužitelnost při oxidačním odsíření modelového paliva. Ultrazvukem asistovaná oxidační desulfurizace (UAOD) je nový způsob, jak rychle, ekonomicky, ekologicky a bezpečně provádět oxidační reakci sloučenin obsahujících síru za mírných podmínek. Ultrazvukové vlny lze použít jako účinný nástroj ke snížení reakční doby a zlepšení výkonu systému oxidačního odsíření. PTA@TMU-17-NH2 lze provést úplné odsíření modelového oleje 20 mg katalyzátoru, molární poměr O/S 1:1 v přítomnosti MeCN jako extrakčního rozpouštědla. Získané výsledky ukázaly, že konverze DBT na DBTO2 dosahují 98% po 15 minutách při okolní teplotě. V této práci jsme poprvé připravili kompozit TMU-17-NH2 a PTA/TMU-17-NH2 pomocí ultrazvukového ozáření a použili jsme jej v UAOD procesu. Připravený katalyzátor vykazuje vynikající opětovnou použitelnost bez vyluhování PTA a ztráty aktivity.

Rádi s vámi probereme váš postup.

Let's get in contact.