Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Desulfuración oxidativa mediada por ultrasonidos (UAODS)

Compuestos que contienen azufre en petróleo crudo, petróleo, diesel y otros fuelóleos incluyen sulfuros, tioles, tiofenos, sustituidos benzo y dibenzotiofenos (BT y DBT)benzonaftothiophene (BNT), y muchas moléculas más complejas, en las que los tiofenos condensados son las formas más comunes. Los reactores ultrasónicos de Hielscher ayudan al desulfuración oxidativa profunda requerido para cumplir con las estrictas regulaciones ambientales actuales y las especificaciones de diesel de azufre ultra bajo (ULSD, 10 ppm de azufre).
Reducción de azufre en refinería

Desulfuración oxidativa (SAO)

Molécula de dibenzotiofeno antes de la desulfuración oxidativaLa desulfurización oxidativa con peróxido de hidrógeno y la subsiguiente extracción por solvente es una tecnología de desulfurización profunda de dos etapas para reducir la cantidad de compuestos organosulfurados en los fuelóleos. Los reactores ultrasónicos de Hielscher se utilizan en ambas fases para mejorar la cinética de la reacción de transferencia de fase y las tasas de disolución en sistemas de fase líquido-líquido.

Diagrama de flujo para la desulfurización oxidativa asistida por ultrasonidos - 2 etapas

Diagrama de flujo para la desulfurización oxidativa asistida por ultrasonidos – 2 Etapas

En la primera etapa de la desulfuración oxidativa asistida por ultrasonidos, el peróxido de hidrógeno se utiliza como oxidante para oxidar selectivamente las moléculas que contienen azufre presentes en los fuelóleos a sus correspondientes sulfóxidos o sulfonas en condiciones suaves para aumentar su solubilidad en disolventes polares con un aumento de su polaridad. Desulfuración oxidativa de Dibenzotiofeno a Sulfóxido y SulfonaEn esta etapa, la insolubilidad de la fase acuosa polar y de la fase orgánica no polar es un problema significativo en el proceso de desulfurización oxidativa, ya que ambas fases reaccionan entre sí sólo en la interfase. Sin ultrasonidos, esto resulta en una baja tasa de reacción y una lenta conversión de organosulfuros en este sistema de dos fases.

Las instalaciones de refinación requieren equipos industriales pesados, aptos para el procesamiento de grandes volúmenes las 24 horas del día, los 7 días de la semana. ¡Consigue un Hielscher!

Emulsificación ultrasónica

Mezcla ultrasónica para química de emulsiónLa fase de aceite y la fase acuosa se mezclan y se bombean a un mezclador estático para producir una emulsión básica de una relación volumétrica constante que luego se alimenta al reactor de mezcla ultrasónico. Allí, la cavitación ultrasónica produce un alto cizallamiento hidráulico y rompe la fase acuosa en gotas submicrónicas y de tamaño nanométrico. Como la superficie específica del límite de fase influye en la tasa química de reacción, esta reducción significativa en el diámetro de las gotas mejora la cinética de la reacción y reduce o elimina la necesidad de agentes de transferencia de fase. Utilizando ultrasonidos, el porcentaje de volumen del peróxido puede reducirse, ya que las emulsiones más finas necesitan menos volumen para proporcionar la misma superficie de contacto con la fase oleosa.

Oxidación asistida por ultrasonidos

Cavitación ultrasónica a 1500 vatiosLa cavitación ultrasónica produce un calentamiento local intenso (~5000K), altas presiones (~1000atm), enormes tasas de calentamiento y enfriamiento (>109 K/sec) y chorros de líquido (~1000 km/h). Este ambiente extremadamente reactivo oxida los tiofenos en la fase oleosa más rápido y más completamente a un mayor contenido de sulfóxido polar y sulfonas. Los catalizadores pueden apoyar aún más el proceso de oxidación, pero no son esenciales. 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 para disolverse tanto en líquidos acuosos como orgánicos, se incorporan al oxidante y lo transportan desde la fase de interfaz a la fase de reacción, aumentando así la velocidad de reacción. El reactivo de Fenton puede ser añadido para mejorar la eficiencia de desulfuración oxidativa para combustibles diesel y muestra un buen efecto sinérgico con el proceso de oxidación por ultrasonido.

Transferencia en masa mejorada

Cuándo el organosulfur los compuestos reaccionan en una frontera de fase, el sulfoxides y sulfones acumulan en la superficie de gota acuosa y bloquean otros compuestos de azufre de interactuar en fase acuosa. El cizallamiento hidráulico causado por las corrientes de chorro cavitacional y las corrientes acústicas resultan en flujo turbulento y transporte de material desde y hacia las superficies de las gotas y conduce a la coalescencia repetida y a la formación subsiguiente de nuevas gotas. A medida que la oxidación progresa con el tiempo, la sonicación maximiza la exposición e interacción de los reactivos.

Extracción por transferencia de fase de sulfonas

Emulsión para la extracción ultrasónica líquido-líquidoTras la oxidación y la separación de la fase acuosa (H2O2), las sulfonas pueden ser extraídas usando un solvente polar, como el acetonitrilo en la segunda etapa. Las sulfonas se transferirán en el límite de fase entre ambas fases a la fase solvente por su mayor polaridad. Al igual que en la primera fase, los reactores ultrasónicos de Hielscher potencian la extracción líquido-líquido mediante una emulsión turbulenta de tamaño fino de la fase disolvente en la fase oleosa. Esto aumenta la superficie de contacto de fase y resulta en una extracción y un menor uso de disolventes.

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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 las pruebas de laboratorio a la escala piloto y a la producción

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

  1. Mezclar aceite con H2O2 y sonicate para oxidar los compuestos de azufre
  2. Centrífuga para separar la fase acuosa
  3. Mezclar la fase oleosa con el disolvente y el sonicato para extraer las sulfonas.
  4. Centrífuga para separar la fase disolvente con sulfonas

En la escala de laboratorio, puede utilizar un UP200Ht para demostrar el concepto y ajustar parámetros básicos, como la concentración de peróxido, la temperatura del proceso, el tiempo e intensidad de sonicación, así como el uso de catalizadores o disolventes.
En el nivel de la mesa de trabajo a UIP1000hdT, permite simular ambas etapas de forma independiente a caudales de 100 a 1000 l/h (25 a 250 gal/h) y optimizar los parámetros de proceso y sonicación. Los equipos de ultrasonidos de Hielscher están diseñados para el escalado lineal a grandes volúmenes de procesamiento a escala piloto o de producción. Se ha demostrado que las instalaciones de Hielscher funcionan de forma fiable en procesos de gran volumen, incluido el refinado de combustible. Hielscher produce sistemas en contenedores, combinando varios de nuestros dispositivos de alta potencia de 10kW o 16kW en clusters para una fácil integración. También están disponibles diseños para cumplir con los requisitos de ambientes peligrosos. La siguiente tabla enumera los volúmenes de procesamiento y los tamaños de equipos recomendados.

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
5 a 200 ml 50 hasta 500mL/min UP200Ht, UP400S
0.1 a 2L 0.25 a 2m3/h UIP1000hd, UIP2000hd
0.4 a 10L de 1 a 8 m3/h UIP4000
n.a. 4 a 30m3/h UIP16000
n.a. por encima de 30m3/h Grupo de UIP10000 o UIP16000
Sistema de mezcla ultrasónico - 2 filamentos de 6x10kW (2x120m3/hr)

Sistema de mezcla por ultrasonidos – 2 Tramos de 6x10kW (2x120m)3/hr)

Hielscher suministra para más aplicaciones en el sector del aceite & Industria del gas

  • Esterificación de ácidos
  • Transesterificación alcalina
  • Aquafuels (Agua/Aceite)
  • Limpieza de sensores de aceite en el mar
  • Preparación de los fluidos de perforación

Beneficios del uso de la Ultrasonido

UAODS ofrece ventajas significativas en comparación con HDS. Los tiofenos, benzotiofenos sustituidos y dibenzotiofenos se oxidan en condiciones de baja temperatura y presión. Por lo tanto, no se requiere hidrógeno costoso, lo que hace que este proceso sea más adecuado para refinerías pequeñas y medianas, o refinerías aisladas que no están ubicadas cerca de una tubería de hidrógeno. El aumento de la velocidad de reacción y la temperatura y presión de reacción suave evitan el empleo de solventes anhidros o aproticos caros.
La integración de una unidad de desulfuración oxidativa asistida por ultrasonidos (UAODS) con una unidad de hidrotratamiento convencional puede mejorar la eficiencia en la producción de combustibles diesel con bajo y/o ultra bajo contenido de azufre. Esta tecnología puede utilizarse antes o después del hidrotratamiento convencional para reducir el nivel de azufre.
El proceso UAODS puede reducir los costos de capital estimados en más de la mitad en comparación con el costo de un nuevo hidrotratador de alta presión.

Desventajas de la hidrodesulfurización (HDS)

Mientras que la hidrodesulfurización (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 (por ejemplo, 4,6-dimetilbenzotiofeno 4,6-DMDBT) a un nivel ultra bajo. Las altas temperaturas, las altas presiones y el alto consumo de hidrógeno están elevando los costos de capital y de operación del HDS para la desulfuración ultra profunda. Los altos costos de capital y de operación son inevitables. Los niveles residuales de azufre pueden envenenar los catalizadores de metales nobles usados en el proceso de reformado y transformación o los catalizadores de electrodos usados en pilas de celdas de combustible.