Ultraheli abil oksüdatiivne desulfureerimine (UAODS)

Väävlit sisaldavad ühendid toornaftas, naftas, diislikütuses ja muudes kütteõlides hõlmavad sulfiide, tioole, tiofeene, asendatud benso- ja dibensotiofeene (BT ja DBT), bensonafotiofeeni (BNT) ja palju keerukamaid molekule, milles kondenseerunud tiofeenid on kõige levinumad vormid. Hielscheri ultraheli reaktorid aitavad oksüdatiivset sügavat desulfureerimisprotsessi, mis on vajalik tänapäeva rangete keskkonnaeeskirjade ja väga madala väävlisisaldusega diislikütuse (ULSD, 10ppm väävli) spetsifikatsioonide täitmiseks.

Oksüdatiivne desulfureerimine (ODS)

Oksüdatiivne desulfureerimine vesinikperoksiidiga ja sellele järgnev lahusti ekstraheerimine on kaheastmeline sügav desulfureerimistehnoloogia, et vähendada orgaaniliste väävliühendite kogust kütteõlides. Hielscheri ultraheli reaktoreid kasutatakse mõlemas etapis, et parandada faasiülekande reaktsiooni kineetikat ja lahustumiskiirust vedelik-vedelates faasisüsteemides.

Ultraheli abil oksüdatiivse desulfureerimise vooskeem – 2 etappi

Ultraheli abil oksüdatiivse desulfureerimise esimeses etapis kasutatakse oksüdeerijana vesinikperoksiidi, et selektiivselt oksüdeerida kütteõlides olevad väävlit sisaldavad molekulid vastavateks sulfoksiidideks või sulfoonideks kergetes tingimustes, et suurendada nende lahustuvust polaarsetes lahustites, suurendades nende polaarsust. Selles etapis on polaarse vesifaasi ja mittepolaarse orgaanilise faasi lahustumatus oluline probleem oksüdatiivse desulfureerimise protsessis, kuna mõlemad faasid reageerivad üksteisega ainult interfaasis. Ilma ultrahelita on selle tulemuseks madal reaktsioonikiirus ja orgaanilise väävli aeglane muundamine selles kahefaasilises süsteemis.

Ultraheli emulgeerimine

Õlifaas ja vesifaas segatakse ja pumbatakse staatilisse segistisse, et saada konstantse mahulise suhtega põhiemulsioon, mis seejärel juhitakse ultraheli segamisreaktorisse. Seal tekitab ultraheli kavitatsioon kõrge hüdraulilise nihke ja purustab vesifaasi submikroniteks ja nanosuurusteks tilkadeks. Kuna faasipiiri spetsiifiline pindala mõjutab reaktsiooni keemilist kiirust, parandab see piiskade läbimõõdu märkimisväärne vähenemine reaktsioonikineetikat ja vähendab või kõrvaldab vajaduse faasiülekandeainete järele. Ultraheli abil saab peroksiidi mahuprotsenti vähendada, sest peenemad emulsioonid vajavad vähem mahtu, et tagada sama kontaktpind õlifaasiga.

Ultraheli abil oksüdatsioon

Ultraheli kavitatsioon tekitab intensiivset kohalikku kuumutamist (~5000K), kõrget rõhku (~1000atm), tohutut kütte- ja jahutuskiirust (>10⁹ K/sek) ja vedelad jugavoolud (~1000 km/h). See äärmiselt reaktiivne keskkond oksüdeerib õlifaasis tiofeenid kiiremini ja täielikumalt suuremaks polaarseks sulfoksiidiks ja sulfoonideks. Katalüsaator võib oksüdatsiooniprotsessi veelgi toetada, kuid need ei ole hädavajalikud. On näidatud, et amfifiilsed emulsioonikatalüsaatorid või faasiülekande katalüsaatorid (PTC), näiteks kvaternaarsed ammooniumsoolad, millel on ainulaadne võime lahustuda nii vesi- kui ka orgaanilistes vedelikes, segunevad oksüdeerijaga ja transpordivad seda liidese faasist reaktsioonifaasi, suurendades seeläbi reaktsioonikiirust. Fentoni reaktiivi saab lisada diislikütuste oksüdatiivse desulfureerimise efektiivsuse suurendamiseks ja see näitab sonooksüdatsiooni töötlemisel head sünergilist toimet.

Täiustatud massiülekanne võimsuse ultraheli abil

Kui orgaanilised väävliühendid reageerivad faasipiiril, kogunevad sulfoksiidid ja sulfoonid vesipinnale ja blokeerivad teiste väävliühendite interaktsiooni vesifaasis. Kavitatsiooniliste jugavoogude ja akustilise voogedastuse põhjustatud hüdrauliline nihe põhjustab turbulentset voolu ja materjali transportimist piiskade pindadelt ja neile ning viib korduva koalestsentsini ja sellele järgneva uute tilkade moodustumiseni. Kuna oksüdatsioon aja jooksul edeneb, maksimeerib ultrahelitöötlus reaktiivide kokkupuudet ja koostoimet.

Sulfoonide faasiülekande ekstraheerimine

Pärast oksüdatsiooni ja eraldamist vesifaasist (H2O2) võib sulfoneid ekstraheerida polaarse lahusti, näiteks teises etapis atsetonitriili abil. Sulfoonid liiguvad mõlema faasi vahelisel faasipiiril lahustifaasi nende kõrgema polaarsuse saavutamiseks. Sarnaselt esimesele etapile suurendavad Hielscheri ultraheli reaktorid vedeliku-vedeliku ekstraheerimist, tehes õlifaasis lahustifaasi peene suurusega turbulentse emulsiooni. See suurendab faasi kontaktpinda ja tulemuseks on ekstraheerimine ning lahusti kasutamise vähenemine.

Alates laborikatsetest kuni pilootskaala ja tootmiseni

Hielscher Ultrasonics pakub seadmeid selle tehnoloogia testimiseks, kontrollimiseks ja kasutamiseks mis tahes skaalal. Põhimõtteliselt tehakse seda ainult 4 sammuga.

1. Väävliühendite oksüdeerimiseks segage õli H2O2-ga ja sonikaadiga
2. Tsentrifuugitakse vesifaasi eraldamiseks
3. Segage õlifaas lahustiga ja sonikaadiga sulfoonide ekstraheerimiseks
4. Tsentrifuugitakse sulfoonidega lahustifaasi eraldamiseks

Laboriskaalal saate kontseptsiooni demonstreerimiseks ja põhiparameetrite, näiteks peroksiidi kontsentratsiooni, protsessi temperatuuri, ultrahelitöötluse aja ja intensiivsuse, samuti katalüsaatori või lahusti kasutamise kohandamiseks kasutada UP200Ht-d.
Pink-top tasemel võimas sonikaator, näiteks UIP1000hdT või UIP2000hdT, võimaldab simuleerida mõlemat etappi iseseisvalt voolukiirusel 100 kuni 1000L / h (25 kuni 250 gal/h) ning optimeerida protsessi ja ultrahelitöötluse parameetreid. Hielscheri ultraheli seadmed on mõeldud lineaarseks skaalaks kuni suuremate töötlemismahtudeni piloot- või tootmismahus. On tõestatud, et Hielscheri seadmed töötavad usaldusväärselt suuremahuliste protsesside, sealhulgas kütuse rafineerimise jaoks. Hielscher toodab konteinersüsteeme, ühendades mitmed meie suure võimsusega 10kW või 16kW seadmed klastriteks, et neid oleks lihtne integreerida. Saadaval on ka ohtlike keskkondade nõuetele vastavad disainilahendused. Allolevas tabelis on loetletud töötlemismahud ja soovitatavad seadmete suurused.

Ultraheli segamissüsteem – 2 ahelat 6x10kW (2x120m³/hr)

Ultraheli kasutamise eelised

UAODS pakub HDS-iga võrreldes olulisi eeliseid. Tiofeenid, asendatud benso- ja dibensotiofeenid oksüdeeritakse madalal temperatuuril ja rõhul. Seetõttu ei ole kallis vesinik vajalik, muutes selle protsessi sobivamaks väikestele ja keskmise suurusega rafineerimistehastele või isoleeritud rafineerimistehastele, mis ei asu vesinikujuhtme lähedal. Suurenenud reaktsioonikiirus ning kerge reaktsioonitemperatuur ja -rõhk väldivad kallite veevabade või aprootiliste lahustite kasutamist.
Ultraheli abil oksüdatiivse desulfureerimise (UAODS) seadme integreerimine tavapärase hüdrotöötlusseadmega võib parandada madala ja / või väga madala väävlisisaldusega diislikütuste tootmise efektiivsust. Seda tehnoloogiat saab väävli taseme alandamiseks kasutada enne või pärast tavapärast hüdrotöötlust.
UAODS-protsess võib vähendada hinnangulisi kapitalikulusid rohkem kui poole võrra võrreldes uue kõrgsurvehüdrogeenija maksumusega.

Hüdrodesulfureerimise (HDS) puudused

Kuigi hüdrodesulfureerimine (HDS) on väga tõhus protsess tioolide, sulfiidide ja disulfiidide eemaldamiseks, on raske eemaldada tulekindlaid väävlit sisaldavaid ühendeid, nagu dibensotiofeen ja selle derivaadid (nt 4,6-dimetüüdibensotiofeen 4,6-DMDBT), ülimadalale tasemele. Kõrge temperatuur, kõrge rõhk ja suur vesinikutarbimine suurendavad HDS-i kapitali- ja tegevuskulusid ülisügava desulfureerimise jaoks. Suured kapitali- ja tegevuskulud on vältimatud. Ülejäänud väävlisisaldus võib mürgitada väärismetallist katalüsaatoreid, mida kasutatakse ümbervormimis- ja muundamisprotsessis, või kütuseelementide korstnates kasutatavaid elektroodikatalüsaatoreid.