Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Desulfuración oxidativa mediada por ultrasonidos (UAODS)

compuestos que contienen azufre en el petróleo crudo, petróleo, diesel y otros aceites combustibles incluyen sulfuros, tioles, tiofenos, sustituidos benzo- y dibenzotiofenos (BTS y DBTS), Benzonaphthothiophene (BNT), y muchas moléculas más complejas, en las que los tiofenos condensados ​​son las formas más comunes. Reactores Hielscher ultrasonidos ayudan a la desulfuración profunda oxidativo proceso necesario para cumplir con las regulaciones ambientales estrictas de hoy en día y especificaciones diesel ultra bajo en azufre (ULSD, 10 ppm de azufre).
La reducción de azufre en la refinería

Oxidativo desulfuración (ODS)

Dibenzotiofeno molécula Antes de desulfuración oxidativadesulfuración oxidativa con peróxido de hidrógeno y de extracción por solvente posterior es una tecnología de desulfuración profunda de dos etapas para reducir la cantidad de compuestos orgánicos de azufre en los aceites combustibles. reactores de ultrasonidos Hielscher se utilizan en ambas etapas para mejorar la cinética de la reacción de transferencia de fase y las tasas de disolución en los sistemas de fases líquido-líquido.

Diagrama de flujo para asistida por ultrasonidos de desulfuración oxidativa - 2 Etapas

Diagrama de flujo para asistida por ultrasonidos de desulfuración oxidativa – 2 Etapas

En la primera etapa de desulfuración oxidativa asistida por ultrasonidos, peróxido de hidrógeno se usa como un oxidante para oxidar selectivamente las moléculas que contienen azufre que están presentes en los aceites combustibles a sus correspondientes sulfóxidos o sulfonas en condiciones suaves para aumentar su solubilidad en disolventes polares con un aumento en su polaridad. La desulfuración oxidativa de Dibenzotiophene a sulfóxido y sulfonaEn esta etapa, la insolubilidad de la fase acuosa polar y la fase orgánica no polar es un problema significativo en el proceso de desulfuración oxidativa como ambas fases reaccionan entre sí solamente en la interfase. Sin ultrasonidos, esto resulta en una baja velocidad de reacción y una conversión lenta de azufre orgánico en este sistema de dos fases.

Las instalaciones de refinación requieren equipos industriales de alta resistencia, aptos para un alto volumen de procesamiento las 24 horas, los 7 días de la semana. ¡Obtén un Hielscher!

La emulsificación ultrasónica

Ultrasónico de mezcla de Química EmulsiónLa fase de aceite y la fase acuosa se mezclan se bombean en un mezclador estático para producir una emulsión básica de una relación volumétrica constante que luego se alimenta al reactor de mezcla de ultrasonidos. En allí, cavitación ultrasónica produce de alto cizallamiento hidráulico y rompe la fase acuosa en sub-micrométrico y de tamaño nanométrico gotitas. Como el área superficial específica del límite de fase es influyente para la tasa química de reacción de esta reducción significativa en diámetro de gota mejora la cinética de reacción y reduce o elimina la necesidad de agentes de transferencia de fase. El uso de ultrasonidos, el porcentaje en volumen del peróxido se puede reducir, ya que las emulsiones más finas necesitan menos volumen para proporcionar la misma superficie de contacto con la fase de aceite.

La oxidación asistida por ultrasonidos

Cavitación ultrasónica a 1500 vatioscavitación ultrasónica produce fuerte calentamiento local (~ 5000K), presiones altas (~ 1000atm), calefacción y enfriamiento enorme (>109 K / seg) y chorros de líquido (~ 1000 km / h). Este ambiente extremadamente reactivo oxida los tiofenos en la fase oleosa más rápido y más completamente a sulfóxido y sulfonas polares mayores. El catalizador puede respaldar aún más el proceso de oxidación, pero no es esencial. Se ha demostrado que los catalizadores de emulsión anfifílicos o catalizadores de transferencia de fase (PTC), como las sales de amonio cuaternario con su capacidad única de disolverse en líquidos tanto acuosos como orgánicos, se incorporan al oxidante y lo transportan de la fase de interfaz a la fase de reacción, mejorando la velocidad de reacción. El reactivo de Fenton puede agregarse para mejorar la eficiencia de desulfuración oxidativa de los combustibles diesel y muestra un buen efecto sinérgico con el proceso de sono-oxidación.

Enhanced transferencia de masa

Cuando los compuestos orgánicos de azufre reaccionan en un límite de fase, los sulfóxidos y sulfonas se acumulan en la superficie de la gota acuosa y bloquean otros compuestos de azufre de la interacción en la fase acuosa. La cizalla hidráulica causada por corrientes de chorro cavitacionales y resultado de streaming acústico en flujo turbulento y transporte de material desde y hacia gotita superficies y conduce a la coalescencia repetida y posterior formación de nuevas gotitas. Como la oxidación progresa con el tiempo, sonicación maximiza la exposición y la interacción de los reactivos.

Fase de transferencia de Extracción de sulfonas

Emulsión para ultrasónico Extracción Líquido-LíquidoDespués de la oxidación y la separación de la fase acuosa (H2O2), Las sulfonas se pueden extraer utilizando un disolvente polar, tal como acetonitrilo a la segunda etapa. Las sulfonas se transferirán en el límite de fase entre las dos fases a la fase de disolvente para su mayor polaridad. Al igual que en la primera etapa, los reactores de ultrasonidos Hielscher impulsar la extracción líquido-líquido haciendo una emulsión turbulento de tamaño fino de la fase de disolvente en la fase aceite. Esto aumenta la superficie de contacto de extracción de fase y los resultados y reducido el uso de disolvente.

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Infórmenos sobre los requerimientos de su proceso. Le recomendaremos tanto el equipo como los parámetros de funcionamiento más adecuados para su proyecto.





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De la prueba de laboratorio a la escala piloto y la producción

Hielscher Ultrasonidos ofrece equipos para probar, verificar y utilizar esta tecnología a cualquier escala. Básicamente se hace en 4 etapas, solamente.

  1. Mezclar el aceite con H2O2 y someter a ultrasonidos para oxidar los compuestos de azufre
  2. Centrifugar para separar fase acuosa
  3. Mezclar la fase de aceite con disolvente y someter a ultrasonidos para extraer las sulfonas
  4. Centrifugar para separar fase disolvente con sulfonas

A escala de laboratorio, se puede utilizar un UP200Ht para demostrar el concepto y para ajustar los parámetros básicos, como la concentración de peróxido, la temperatura del proceso, tiempo de sonicación y la intensidad así como catalizador o el uso de disolvente.
En sobremesa nivel de una UIP1000hd, permite simular ambas etapas independientemente a velocidades de flujo de 100 a 1000L / h (25 a 250 gal / h) y para optimizar los parámetros del proceso y de sonicación. equipos de ultrasonidos Hielscher está diseñado para lineal escala-hasta volúmenes de procesamiento más grandes en piloto o de producción escala. Hielscher instalaciones son probados para funcionar de forma fiable para los procesos de alto volumen, incluyendo la refinación de combustible. Hielscher produce sistemas de contenedores, la combinación de varios de nuestros 10 kW de potencia alta o dispositivos de 16kW a las agrupaciones para una fácil integración. Diseños para cumplir con los requisitos del entorno peligrosos están disponibles, también. La siguiente tabla muestra los volúmenes de procesamiento y tamaños de equipos recomendados.

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
5 a 200 ml 50 a 500 ml / min UP200Ht, UP400S
00,1 a 2L 00,25 a 2 m3/h UIP1000hd, UIP2000hd
00,4 a 10 litros 1 a 8m3/h UIP4000
n.a. 4 a 30m3/h UIP16000
n.a. 30 m por encima3/h Grupo de UIP10000 o UIP16000
Ultrasónico Sistema de mezcla - 2 hebras de 6x10kW (2x120m3 / hr)

Sistema de mezcla de ultrasonidos – 2 Hebras de 6x10kW (2x120m3/hora)

Hielscher suministra a más aplicaciones en el petróleo & industria del gas

  • La esterificación del ácido
  • La transesterificación alcalina
  • Aquafuels (agua / aceite)
  • Off-Shore de limpieza del sensor de aceite
  • Preparación de Drilling Fluids

Ventajas del uso de ultrasonidos

UAODS ofrece ventajas significativas en comparación con el HDS. Tiofenos, sustituidos benzo- y dibenzotiofenos son oxidados en condiciones de baja temperatura y presión. Por lo tanto, no se requiere hidrógeno caro haciendo de este proceso más adecuado para las refinerías de tamaño pequeño y medio, o aislado refinerías no situadas cerca de una tubería de hidrógeno. La velocidad de reacción aumentado y temperatura de reacción leves y presión evitar el empleo de disolventes anhidros o apróticos caros.
La integración de una unidad asistida por ultrasonidos de desulfuración oxidativa (UAODS) con una unidad de hidrotratamiento convencional puede mejorar la eficiencia en la producción de combustibles de bajo y / o diesel ultra bajo en azufre. Esta tecnología se puede utilizar antes o después de hydrotreatement convencional para reducir el nivel de azufre.
El proceso UAODS puede reducir los costos de capital estimado en más de la mitad en comparación con el coste de un nuevo tratamiento con hidrógeno a alta presión.

Desventajas de Hidrodesulfurización (HDS)

Mientras que la hidrodesulfuración (HDS) es un proceso altamente eficiente para la eliminación de tioles, sulfuros y disulfuros, es difícil eliminar los compuestos refractarios que contienen azufre, como el dibenzotiofeno y sus derivados (p. Ej. 4,6-dimetidibenzotiofeno 4,6-DMDBT) a un nivel ultra bajo Las altas temperaturas, las altas presiones y el alto consumo de hidrógeno están elevando el capital y los costos operativos de HDS para la desulfuración ultra profunda. Los altos costos de capital y operación son inevitables. Los niveles de trazas remanentes de azufre pueden envenenar los catalizadores de metales nobles utilizados en el proceso de transformación y transformación o los catalizadores de electrodos utilizados en las pilas de pilas de combustible.