گوگرد زدایی اکسیداتیو به کمک التراسونیک (UAODS)

ترکیبات حاوی گوگرد در نفت خام، نفت، گازوئیل و سایر روغن های سوختی شامل سولفیدها، تیول ها، تیوفن ها، بنزو- و دی بنزوتیوفن های جایگزین (BTs و DBTs)، بنزونافتیوفن (BNT) و بسیاری از مولکول های پیچیده تر است که تیوفن های متراکم رایج ترین اشکال آن هستند. راکتورهای اولتراسونیک Hielscher کمک به فرایند گوگرد زدایی عمیق اکسیداتیو مورد نیاز برای دیدار با مقررات زیست محیطی سختگیرانه امروز و دیزل گوگرد فوق العاده کم (ULSD، 10ppm گوگرد) مشخصات.

گوگردزدایی اکسیداتیو (ODS)

گوگردزدایی اکسیداتیو با پراکسید هیدروژن و متعاقب آن استخراج حلال یک فناوری گوگردزدایی عمیق دو مرحله ای برای کاهش میزان ترکیبات گوگرد آلی در روغن های کوره است. راکتورهای مافوق صوت Hielscher در هر دو مرحله برای بهبود سینتیک واکنش انتقال فاز و میزان انحلال در سیستم های فاز مایع و مایع استفاده می شود.

فلوچارت برای گوگرد زدایی اکسیداتیو به کمک التراسونیک – 2 مرحله

در مرحله اول گوگرد زدایی اکسیداتیو به کمک اولتراسون، پراکسید هیدروژن به عنوان یک اکسیدان برای اکسیداسیون انتخابی مولکول های حاوی گوگرد که در روغن های کوره وجود دارد به سولفوکسیدها یا سولفون های مربوطه آنها در شرایط خفیف استفاده می شود تا حلالیت آنها را در حلال های قطبی با افزایش قطبیت آنها افزایش دهد. در این مرحله ، ناحلالیت فاز آبی قطبی و فاز آلی غیر قطبی یک مشکل مهم در فرآیند گوگردزدایی اکسیداتیو است زیرا هر دو فاز فقط در فاز میانی با یکدیگر واکنش نشان می دهند. بدون اولتراسونیک، این منجر به سرعت واکنش کم و تبدیل آهسته گوگرد ارگانو در این سیستم دو فاز می شود.

امولسیون اولتراسونیک

فاز روغن و فاز آبی مخلوط شده و به یک میکسر استاتیک پمپ می شود تا یک امولسیون اساسی با نسبت حجمی ثابت تولید شود که سپس به راکتور اختلاط اولتراسونیک تغذیه می شود. در آنجا, حفره مافوق صوت تولید برش هیدرولیکی بالا و شکستن فاز آبی به قطرات زیر میکرون و نانواندازه. از آنجایی که سطح ویژه مرز فاز بر سرعت شیمیایی واکنش تأثیر دارد، این کاهش قابل توجه قطر قطرات سینتیک واکنش را بهبود می بخشد و نیاز به عوامل انتقال فاز را کاهش می دهد یا از بین می برد. با استفاده از اولتراسونیک، درصد حجم پراکسید را می توان کاهش داد، زیرا امولسیون های ریزتر به حجم کمتری نیاز دارند تا سطح تماس مشابه با فاز روغن را فراهم کنند.

اکسیداسیون اولتراسونیک به کمک

کاویتاسیون اولتراسونیک گرمایش موضعی شدید (~ 5000K)، فشارهای بالا (~ 1000atm)، نرخ گرمایش و سرمایش بسیار زیاد (>10⁹ K/sec) و جریان های جت مایع (~1000 کیلومتر در ساعت). این محیط بسیار واکنشی تیوفن ها را در فاز روغن سریعتر و کامل تر به سولفوکسید قطبی و سولفون های بیشتر اکسید می کند. کاتالیزور می تواند بیشتر از فرآیند اکسیداسیون پشتیبانی کند اما ضروری نیست. نشان داده شده است که کاتالیزورهای امولسیون آمفیفیلیک یا کاتالیزورهای انتقال فاز (PTC)، مانند نمک های آمونیوم چهارتایی با قابلیت منحصر به فرد خود برای حل شدن در مایعات آبی و آلی با اکسیدان ترکیب شده و آن را از فاز فصل مشترک به فاز واکنش منتقل می کنند و در نتیجه سرعت واکنش را افزایش می دهند. معرف فنتون را می توان برای افزایش راندمان گوگردزدایی اکسیداتیو برای سوخت های دیزل اضافه کرد و با پردازش اکسیداسیون سونو، اثر هم افزایی خوبی را نشان می دهد.

انتقال جرم پیشرفته توسط قدرت سونوگرافی

هنگامی که ترکیبات ارگانوسولفور در یک مرز فاز واکنش می دهند، سولفوکسیدها و سولفون ها در سطح قطرات آبی تجمع می یابند و از برهمکنش سایر ترکیبات گوگرد در فاز آبی جلوگیری می کنند. برش هیدرولیکی ناشی از جریان جت حفره ای و جریان آکوستیکی منجر به جریان آشفته و انتقال مواد از و به سطوح قطراتی می شود و منجر به ادغام مکرر و متعاقب آن تشکیل قطرات جدید می شود. به عنوان اکسیداسیون در طول زمان پیشرفت, فراصوت به حداکثر رساندن قرار گرفتن در معرض و تعامل معرف.

استخراج انتقال فاز سولفون ها

پس از اکسیداسیون و جداسازی از فاز آبی (H2O2) ، سولفون ها را می توان با استفاده از یک حلال قطبی مانند استونیتریل در مرحله دوم استخراج کرد. سولفون ها برای قطبیت بالاتر در مرز فاز بین هر دو فاز به فاز حلال منتقل می شوند. بسیار شبیه به مرحله اول, راکتورهای مافوق صوت Hielscher افزایش استخراج مایع مایع با ساخت یک امولسیون آشفته به اندازه خوب از فاز حلال در فاز نفت. این باعث افزایش سطح تماس فاز و استخراج و کاهش استفاده از حلال می شود.

از تست آزمایشگاهی تا مقیاس آزمایشی و تولید

Hielscher مافوق صوت ارائه می دهد تجهیزات برای test, بررسی و استفاده از این فن آوری در هر مقیاس. اساسا فقط در 4 مرحله انجام می شود.

1. مخلوط روغن با H2O2 و فراصوت برای اکسیداسیون ترکیبات گوگرد
2. سانتریفیوژ برای جداسازی فاز آبی
3. فاز روغن را با حلال و سونیکات مخلوط کنید تا سولفون ها استخراج شوند
4. سانتریفیوژ برای جداسازی فاز حلال با سولفون

در مقیاس آزمایشگاهی، شما می توانید UP200Ht برای نشان دادن مفهوم و تنظیم پارامترهای اساسی، مانند غلظت پراکسید، دمای فرآیند، زمان فراصوت و شدت و همچنین استفاده از کاتالیزور یا حلال استفاده کنید.
در سطح نیمکت بالا، یک فراصوت قدرتمند مانند UIP1000hdT یا UIP2000hdT اجازه می دهد تا هر دو مرحله را به طور مستقل در نرخ جریان از 100 تا 1000L / hr (25 تا 250 گال / ساعت) شبیه سازی کنید و پارامترهای فرآیند و فراصوت را بهینه کنید. تجهیزات اولتراسونیک Hielscher برای مقیاس خطی تا حجم پردازش بزرگتر در مقیاس خلبان یا تولید طراحی شده است. تاسیسات Hielscher ثابت شده است به کار قابل اعتماد برای فرآیندهای با حجم بالا, از جمله پالایش سوخت. Hielscher سیستم های کانتینری را تولید می کند و چندین دستگاه 10 کیلو وات یا 16 کیلو وات با قدرت بالا را به خوشه ها برای ادغام آسان ترکیب می کند. طرح هایی برای پاسخگویی به نیازهای محیط زیست خطرناک نیز موجود است. جدول زیر حجم پردازش و اندازه تجهیزات توصیه شده را فهرست می کند.

سیستم اختلاط اولتراسونیک – 2 رشته 6x10kW (2x120m³/ساعت)

مزایای استفاده از اولتراسونیک

UAODS مزایای قابل توجهی در مقایسه با HDS ارائه می دهد. تیوفن ها، بنزوهای جایگزین و دی بنزوتیوفن ها در شرایط دما و فشار پایین اکسید می شوند. بنابراین ، هیدروژن گران قیمت مورد نیاز نیست تا این فرآیند را برای پالایشگاه های کوچک و متوسط یا پالایشگاه های جدا شده که در نزدیکی خط لوله هیدروژن قرار ندارند مناسب تر کند. افزایش سرعت واکنش و دما و فشار خفیف واکنش از استفاده از حلال های بی آب یا آپروتیک گران قیمت جلوگیری می کند.
ادغام یک واحد گوگرد زدایی اکسیداتیو به کمک اولتراسونیک (UAODS) با یک واحد تصفیه آب معمولی می تواند بهره وری در تولید سوخت های دیزل کم و / یا گوگرد بسیار کم را بهبود بخشد. از این فناوری می توان قبل یا بعد از تصفیه آبی معمولی برای کاهش سطح گوگرد استفاده کرد.
فرآیند UAODS می تواند هزینه های سرمایه برآورد شده را در مقایسه با هزینه یک تصفیه کننده آبی فشار قوی جدید بیش از نصف کاهش دهد.

معایب هیدروسولفوریزاسیون (HDS)

در حالی که هیدروسولفوریزاسیون (HDS) یک فرآیند بسیار کارآمد برای حذف تیول ها، سولفیدها و دی سولفیدها است، حذف ترکیبات نسوز حاوی گوگرد مانند دی بنزوتیوفن و مشتقات آن (به عنوان مثال 4،6-dimethydibenzothiophene 4،6-DMDBT) تا سطح بسیار پایین دشوار است. دمای بالا، فشارهای بالا و مصرف بالای هیدروژن باعث افزایش هزینه های سرمایه و عملیاتی HDS برای گوگردزدایی فوق العاده عمیق می شود. هزینه های بالای سرمایه و عملیاتی اجتناب ناپذیر است. سطوح کمیاب گوگرد باقی مانده می تواند کاتالیزورهای فلزی نجیب مورد استفاده در فرآیند شکل دهی مجدد و تبدیل یا کاتالیزورهای الکترود مورد استفاده در پشته های پیل سوختی را مسموم کند.