Ultraheli laevakütuse Desulphurization
- Laevakütuseid mõjutavad uued määrused, mille väävlisisaldus on 0,5% m/m või vähem.
- Ultraheli abil oksüdeeruv desulfureerimine (UAOD) on loodud meetod, mis kiirendab oksüdatsiooni reaktsiooni ja on ökonoomne ja ohutu protsess.
- UAOD protsesse saab käitada ümbritseva õhu temperatuuril ja atmosfäärirõhul ning lubada väävliühendite selektiivset eemaldamist süsivesinike kütustest.
- Hielscheri suure jõudlusega ultraheli süsteeme on lihtne paigaldada ja ohutult käitada pardal või kaldal.
Madala väävlisisaldusega laevakütused
Rahvusvaheline Mereorganisatsioon (IMO) on rakendanud uusi määrusi, mille kohaselt peavad merelaevad kogu maailmas kasutama laevakütuseid, mille väävlisisaldus on 0,5% m/m alates jaanuarist 2020. Need uued määrused nõuavad põhjalikke muutusi laevakütuste töötlemisel: madala väävlisisaldusega kütuste uute normide täitmiseks on vaja tõhusat väävlitamisprotsessi.
Vedelate süsivesinike (bensiin, naftha, diislikütus, laevakütuse jne) ultraheli abil oksüdeerimine (UAOD) on väga tõhus ja elujõuline meetod väävli eemaldamiseks suurtes kogustes raskete kütuste voogudest.
2-etapilise ultraheli oksüdeerimise desulfureerimine vooskeem
Oksüdatiivne Desulphurization
Oksüdatiivne väävlitustamine (ODS) on keskkonnasõbralik ja ökonoomne alternatiiv hüdrodesulphurization (HDS), sest oksüdeerunud väävliühendeid saab oluliselt lihtsam eraldada raskekütuse õlid. Pärast oksüdatiivse desupreerimise etappi eraldatakse ekstraheeritud väävliühendid füüsikaliste meetoditega, nt mittevalusat polaarlahustit ja järgnevat raskusastet, adsorptsiooni või tsentrifugaaleraldumist. Alternatiivselt saab oksüdeerunud väävli eemaldamiseks kasutada termilise lagunemise.
Oksüdatiivse desulphueerimisreaktsiooni korral oksüdeerimine (nt vesinik H2O2, naatriumkloriiti NaClO2, lämmastikoksiid N2O, naatriumperioo NaIO4), on vaja katalüsaatorit (nt happed) ning faasiülekande reaktiivi. Faasiülekande reaktiiv aitab edendada heterogeenset reaktsiooni vesivedeliku ja õli faaside vahel, mis on ODS-i reaktsiooni kiirust piirav etapp.
- väga tõhus – kuni 98% desulfuriseerimise
- ökonoomne: madalad investeeringud, madalad tegevuskulud
- katalüsaatorit ei mürgitada
- lihtne, lineaarne skaala-up
- ohutu tegutseda
- Maismaal & avamerel (pardale) paigaldamine
- kiire RoI
Ultraheli-toetuv oksüdeerimine
Kuigi hüdrodesulfureerimine (HDS) nõuab suuremaid investeerimiskulusid, kõrge reaktsioonikiirusega kuni 400 º C, ja kõrge rõhu kuni 100atm reaktorites, ultraheli-toetuv oksüdeerimise protsess (UAOD) on palju mugavam, ja keskkonnahoidlikum. UAOD suurendab oluliselt katalüütilise väävli eemaldamise kordusaktiivsust ja pakub samal ajal väiksemat tegevuskulu, kõrgemat ohutust ja keskkonnakaitset. Tööstuslikud ultraheli voolu reaktorite süsteemid suurendavad desulfureerimise kiirust väga efektiivse dispersiooni tõttu ja seeläbi paranenud reaktsiooni kineetika. Kuna ultraheli töötlemine annab nano-skaala dispersioone, suureneb heterogeense reaktsiooni erinevate etappide vaheline massiülekanne oluliselt.
Ultraheli (akustiline) kavitatsioon suurendab reaktsiooni kiirust ja massiülekannet äärmuslikes tingimustes, mis saavutatakse kavitational kuumakohtades. Ajal kavitatsioon mull Implosion, väga kõrged temperatuurid umbes 5, 000K, väga kiire jahutuskiirus, surve umbes 2, 000atm ja vastavalt Äärmuslik temperatuur ja rõhu erinevused on lokaalselt saavutatud. Kavitatsioon mull implosioon põhjustab ka vedel joad kuni 280m/s kiirus, mis loob väga kõrge nihkejõud. Need erakorralised mehaanilised jõud kiirendada oksüdatsiooni reaktsiooniaeg ja suurendada väävli muundamise efektiivsust sekundites.
Täielikuma väävli eemaldamine
Kuigi merkaptlased, tieetrid, sulfoonidid ja disulfamiidid võib eemaldada tavapärase hüdrodesulfiidsete (HDS) protsessiga, tiofeenide, bensotifiilide (BT), dibensotiofeenide (DBT) ja 4, 6-dimetüüldibensotiofeenide (4, 6-DMDBT) eemaldamiseks on vaja keerukam meetod. Ultraheli oksüdeeriv väävlitustamine on väga efektiivne, kui tegemist on isegi vaevalt eemaldatava väävli tulekindlate ühendite eemaldamisega (nt 4, 6-dimetüüldibensotiofeen ja teised alküülasendatud tiofenide derivaadid). Ebrahimi et al. (2018) esitab desulfuriseerimise efektiivsus kuni 98,25% kasutades hielscheri sonoreactor optimeeritud väävli eemaldamiseks. Lisaks sellele saab ultraheli oksüdeerunud väävliühendeid eraldada põhilise veega pesemise teel.
Mitmeastmelise UAOD protsessi mõju optimaalsetes parameetrites
Ultraheli Desulphueerimise Teostatavuskatse koos UP400S
Shayegan et al. 2013 kombineeritud ultraheliuuring (UP400S) vesinikperoksiidi oksüdeenina, FeSO katalüsaatorina, äädikhappena pH reguleerimiseks ja metanoolis ekstraheerimislahustina, et vähendada gaasiõli väävli kogust.
Reaktsioonikiiruse konstante oksüdatiivse desulphueerimise ajal saab oluliselt suurendada, lisades metallioone katalüsaatorina ja kasutades ultrahelitöötlust. Ultraheli energia võib vähendada reaktsiooni aktiveerimisenergiat. Ultraheliuuring katkestab tahkete katalüsaatorite ja reaktiivide vahelise piirkihi ning tagab ühtlase katalüsaatorite ja reaktiivi kombinatsiooni – suurendades seeläbi reaktsiooni kineetikat.
Väävliekstraheerimise protsess on oluline samm desulphurimisel, mille eesmärk on taastada väävlitatud gaasiõli kogumaht. Vedela vedeliku ekstraheerimise kasutamine metanooliga, kuna lahusti on lihtne ekstraheerimisprotsess, kuid suure efektiivsuse tagamiseks on hädavajalik segunemise katkematu faaside tõhus segamine. Ainult siis, kui faaside vahel toimub maksimaalne liides ja seejärel maksimaalne massiülekanne, saavutatakse kõrge ekstraheerimiskiirus. Ultraheli ja akustilise kavitatsiooni genereerimine annab reageeriva faasi intensiivse segamise ja vähendab reaktsiooni aktiveerimisenergiat.
Suure jõudlusega ultraheli üksused laevakütuse Desulphurization
Hielscher Ultrasonics on suure võimsusega ultraheli süsteemide turuliider nõudlike rakenduste puhul, nagu UAOD tööstuslikul skaalal. Kõrge amplituudiga kuni 200 μm, 24/7 operatsiooni täiskoormuse ja raskeveokite, töökindluse ja kasutajasõbralikuma on hielscheri ultrasonikaatorite võtmeomadused. Ultraheli süsteemid erinevate võimsusklasside ja erinevate lisaseadmete nagu sonotroodid ja voolu reaktori geomeetride võimaldab kõige sobivam kohandamine ultraheli süsteemi oma konkreetse kütuse, töötlemise võimsus ja keskkond.
Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest:
| partii Köide | flow Rate | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP400St |
| 0.1 kuni 20 l | 0.2 kuni 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100 l | 2 kuni 10 l / min | UIP4000hdT |
| e.k. | 10 kuni 100 l / min | UIP16000 |
| e.k. | suurem | klastri UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meiega!
Suure võimsusega ultraheli protsessorid laborist piloodi ja tööstusliku skaala järgi.
Kirjandus/viited
- Ebrahimi, S.L.; Khosravi-Nikou, M.R.; Hashemabadi, S.H. (2018): Sonoreactor optimization for ultrasound assisted oxidative desulfurization of liquid hydrocarbon. Petroleum Science and Technology Vol. 36, Issue 13, 2018.
- Prajapati, A.K.; Singh, S.K.; Gupta, S.P.; Mishra, A. (2018): Desulphurization of Crude Oil by Ultrasound Integrated Oxidative Technology. IJSRD – International Journal for Scientific Research & Development Vol. 6, Issue 02, 2018.
- Shayegan, Z.; Razzaghi, M.; Niaei, A.; Salari, D.; Tabar, M.T.S.; Akbari, A.N. (2013): Sulfur removal of gas oil using ultrasound-assisted catalytic oxidative process and study of its optimum conditions. Korean J. Chem. Eng., 30(9), 2013. 1751-1759.
- Štimac, A.; Ivančević, B.; Jambrošić, K. (2001): Characterization of Ultrasonic Homogenizers for Shipbuilding Industry.
Uuringud ultraheli-toetatava oksüdatiivse Desulphurization (UAOD) kohta
Prajapati et al. (2018): Toornafta desulphurization ultraheli integreeritud oksüdatiivne tehnoloogia. , Mis on – Rahvusvaheline teadusuuringute tööleht & Development Vol. 6, Issue 02, 2018.
Prajapati et al. (2018) kirjeldab hielscheri ultraheli reaktori eeliseid ultraheli-toetatava oksüdatiivse desulfureerimise (UAOD) jaoks. UAOD on muutunud elujõuliseks alternatiivseks tehnoloogiaks traditsioonilise hüdrogeeniga, mida on kahjustanud märkimisväärsed investeeringud ja tegevuskulud, mis tulenevad kõrgsurve-, kõrge temperatuuriga hüdrodesulphurization seadmetest, Katlad, vesiniktaimed ja väävli taastamise ühikud. Ultraheli abil oksüdeerimine oksüdatiivse desulfureerimislubade abil, mis teostavad väävli sügavast eemaldamist palju kergemaid tingimusi, kiiremat, ohutumat ja palju ökonoomsemaks.
Ultraheli-abi oksüdeerimise (UAOD) protsessi rakendati diislikütuse ja naftatoodete lähteainena, mis sisaldab väävliühendeid (bensotiofeen, dibensotiofeen ja dimetüüldibensotiofeen). Oksüdandi suuruse, ekstraheerimisetapi lahusti mahu, ultraheli ravi aja ja temperatuuri mõju (UIP1000hdT, 20 kHz, 750 W, tegutseb 40%) uuritud. Kasutades optimeeritud tingimused UAOD, väävli eemaldamise kuni 99% saavutati mudel ühendid naftatoodete lähteainena, kasutades molaarne osakaal H2O2: äädikhape: väävli 64:300:1, pärast 9 min ultraheliga töötlemist temperatuuril 90 º C, millele järgneb ekstraheerimine metanooliga (optimeeritud lahusti ja õli suhe 0,36). Kasutades sama reaktiivi kogust ja 9 min ultraheli, oli väävli eemaldamine diislikütuse proovide puhul suurem kui 75%.
Kõrge ultraheli amplituudi tähtsus
Toornafta kaubandusliku ulatusega oksüdatiivse desulfureerimise ultraheli intensiivistamine nõuab tööstusliku suurusega läbiva ultraheli protsessori kasutamist, mis suudab säilitada suure vibratsiooni amplituudi umbes 80 – 100 microns. amplituudid on otseselt seotud ultraheli kavitatsioonide genereeritud nihkejõudude intensiivsusega ning neid tuleb piisavalt kõrgel tasemel hoida, et segamine oleks tõhus.
Prajapati et al. katsed näitavad, et ultraheliuuring suurendab desulfuriseerimise reaktsiooni. Desulfurization efektiivsus oli umbes 93,2% kui rakendatakse kõrgjõudlusega ultraheli.
Shayegan et al. (2013): Gaasiõli väävli eemaldamine ultraheliga toetatava katalüütilise oksüdeerimisprotsessi abil ja selle optimaalsete tingimuste uurimine. Korea keemiatehnika Teataja 30 (9), september 2013. 1751-1759.
Ultraheliga toetatud oksüdatiivset desulfureerimisprotsessi (UAOD) rakendati erinevat tüüpi väävlisisaldust sisaldava gaasiõli väävliühendite vähendamiseks. Keskkonnaregulatsiooni kohaselt on väävliühendite kõrvaldamiseks vaja väga sügavaid desulfureerimist. UAOD on paljutõotav tehnoloogia, millel on väiksemad tegevuskulud ning kõrgem ohutus-ja keskkonnakaitse. Esimest korda asendati tüüpiline faasi ülekandmisagent (tetraoctyl-ammooniumbromiid) isobutanooliga, sest isobutanooli kasutamine on palju ökonoomsem kui TOAB, millega ei tekitata saastumist. Reaktsioon viidi läbi optimaalses punktis erinevatel temperatuuridel, ühe-, kahe-ja kolmeastmelisel etapil, uurides H-i järkjärgulise tõusu mõju2O2 ja TOAB ' i kasutatakse isobutanooli asemel. Kokku väävli kontsentratsioon õlifaasis analüüsiti ASTM-D3120 meetod. Ligikaudu 90% väävlisisaldusega gaasiõli puhul, mis sisaldab 9 500 mg/kg väävli, saavutati kolmes etapis 17-minutilise protsessi jooksul temperatuuril 62 ± 2 ° c, kui 180,3 mmol H2O2 kasutati ja ekstraheerimine metanooliga.
Akbari et al. (2014): Uurimine protsessi muutujate ja intensiivistamine mõju ultraheli kohaldatud oksüdatiivse väävlitustamine mudel diisli üle MoO3/Al2O3 Katalüsaator. Ultraheli sonochemistry 21 (2), märts 2014. 692 – 705.
Uus heterogeenne sonocatalytiline süsteem, mis koosneb MoO3/Al2O3 katalüsaatorit ja H2O2 koos Ultraheliuuringuga uuriti, et parandada ja kiirendada diislikütuse mudeli väävliühendite oksüdeerumist, mille tulemuseks on protsessi efektiivsuse oluline täiustamine. Ultraheli mõju katalüsaatori atribuutidele, aktiivsusele ja stabiilsusele uuriti üksikasjalikult GC-FID, PSD, SEM ja BET tehnikate abil. Üle 98% muundamine mudeldiiselmootoriga, mis sisaldab 1000 μg/g väävlit, saadi uue ultraheli-abiga desulfureerimise juures H2O2/väävli molaarne suhe 3, temperatuur 318 K ja katalüsaatori annus 30 g/L pärast 30 min reaktsiooni, vastupidiselt 55% muundamise käigus saadud vaikne protsess. Seda paranemist mõjutas oluliselt operatsiooni parameetrid ja katalüsaatori omadused. Peamiste protsessimuutujate mõju uuriti vaikiva protsessi puhul, kasutades Ultraheliuuringuga seotud ravivastuse pinna metoodikat. Ultraheli andis katalüsaatori ja oksüdeeringu hea dispersiooni, mis on seotud vesiniku sidumise ja nendest õlifaasiga. Lisandite sadestumine katalüsaatorpinnal põhjustas kiire deaktiveerumise vaikkatsetes, mille tulemusena saadakse ainult 5% DBT oksüdeerumisest pärast 6-tsüklit vaikset reaktsiooni ringlussevõetud katalüsaatoriga. Üle 95% DBT oksüdeerus pärast 6 ultraheli-toetatavaid tsükleid, mis näitavad suurt paranemist stabiilsust, puhastades pinna ultraheliuuring. Pärast 3H ultrahelitöötlust täheldati ka märkimisväärset osakeste suuruse vähendamist, mis võib anda rohkem katalüsaatorite dispersiooni mudelkütusel.
Afzalinia et al. (2016): Ultraheli-toetatud oksüdatiivne desulfureerimisprotsess vedelkütuse abil phosphotungstic hape, mis on kapseldatud interpenetreerunud amiin-funktsionaliseeritud Zn (II)-põhine MOF katalüsaatorina. Ultraheli sonochemistry 2016
Selles töös on vedelkütuste ultraheli abil oksüdatiivne desulfureerimine (UAOD), mis viidi läbi uudse heterogeense väga hajutatud Keggin-tüüpi phosphotungstic happega (H3Pw12O40, PTA) katalüsaatorit, mis kapseldatud aminofunktsionaalselt MOF (TMU-17-NH2). Ettevalmistatud Komposiitmaterjal ekspon kõrge katalüütilise aktiivsuse ja korduvkasutatavuse oksüdeeriv desulfuriseerimise mudel kütuse. Ultraheli-toetatud oksüdeeriv desulfureerimine (UAOD) on uus viis teha oksüdeerumise reaktsioon väävli-sisaldavad ühendid kiiresti, majanduslikult, keskkonnasõbralik ja ohutult, kergetel tingimustel. Ultraheli lained saab rakendada tõhus vahend, et vähendada reaktsiooni aeg ja parandab oksüdatiivne desulfuriseerimise süsteemi jõudlust. PTA @ TMU-17-NH2 võib täielikult läbi viia mudelõli desulfureerimine 20 mg katalüsaatoriga, O/S molaarne suhe 1:1, juuresolekul MeCN ekstraheerimislahustiga. Saadud tulemused näitasid, et DBT konverteerimine DBTO2 saavutada 98% pärast 15 min ümbritseva õhu temperatuuril. Selles töös valmistame TMU-17-NH2 ja PTA/TMU-17-NH2 komposiitkiirguse ultraheli kiiritamist esmakordselt ja töötavad UAOD protsessi. Ettevalmistatud katalüsaator on suurepärane korduvkasutatavus ilma PTA leostumise ja tegevuse kadudeta.