سولفوریزاسیون سوخت دریایی التراسونیک
- سوخت های دریایی تحت تأثیر مقررات جدید قرار می گیرند که به محتوای گوگرد 0.5٪ متر بر متر یا کمتر نیاز دارد.
- گوگردزدایی اکسیداتیو به کمک سونوگرافی (UAOD) یک روش تثبیت شده است که واکنش اکسیداسیون را تسریع می کند و یک فرآیند اقتصادی و ایمن است.
- فرآیندهای UAOD را می توان در دمای محیط و فشار اتمسفر اجرا کرد و امکان حذف انتخابی ترکیبات گوگرد از سوخت های هیدروکربنی را فراهم می کند.
- سیستم های اولتراسونیک Hielscher با کارایی بالا آسان برای نصب و ایمن برای کار در هیئت مدیره و یا در ساحل هستند.
سوخت های دریایی کم گوگرد
سازمان بین المللی دریانوردی (IMO) مقررات جدیدی را اجرا کرده است که بر اساس آن کشتی های دریایی در سراسر جهان ملزم به استفاده از سوخت های دریایی با محتوای گوگرد 0.5٪ متر بر متر از ژانویه 2020 هستند. این مقررات جدید خواستار تغییرات عمیق در پردازش سوخت های دریایی است: به منظور تحقق هنجارهای جدید برای سوخت های کم گوگرد، یک فرآیند گوگردزدایی کارآمد مورد نیاز است.
سولفوریزاسیون اکسیداتیو به کمک التراسونیک (UAOD) سوخت های هیدروکربنی مایع مانند بنزین، نفتا، گازوئیل، سوخت دریایی و غیره یک روش بسیار کارآمد و قابل دوام برای حذف گوگرد از جریان های حجم زیادی از سوخت های سنگین است.
فلوچارت گوگرد زدایی اکسیداتیو اولتراسونیک 2 مرحله ای
گوگردزدایی اکسیداتیو
گوگردزدایی اکسیداتیو (ODS) یک جایگزین سازگار با محیط زیست و مقرون به صرفه برای هیدروسولفوریزاسیون (HDS) است زیرا ترکیبات گوگرد اکسید شده را می توان به طور قابل توجهی راحت تر از روغن های کوره سنگین جدا کرد. پس از مرحله دسوفوریزاسیون اکسیداتیو، ترکیبات گوگردی استخراج شده با روش های فیزیکی مانند استفاده از حلال قطبی غیرقابل اختلاط و متعاقب آن گرانش، جذب سطحی یا جداسازی گریز از مرکز جدا می شوند. از طرف دیگر، می توان از تجزیه حرارتی برای حذف گوگرد اکسید شده استفاده کرد.
برای واکنش گوگرد زدایی اکسیداتیو، یک اکسیدان (به عنوان مثال، هیدروژن HH2SOH2S، کلریت سدیم NaClOH2S، اکسید نیتروژن NH2SO ، پریودات سدیم NaIO4)، یک کاتالیزور (به عنوان مثال، اسیدها) و همچنین یک معرف انتقال فاز مورد نیاز است. معرف انتقال فاز به تقویت واکنش ناهمگن بین فازهای آبی و نفتی کمک می کند ، که مرحله محدود کننده سرعت واکنش ODS است.
- بسیار کارآمد – تا 98٪ گوگرد زدایی
- اقتصادی: سرمایه گذاری کم، هزینه های عملیاتی پایین
- بدون مسمومیت با کاتالیزور
- مقیاس آسان و خطی
- ایمن برای کار
- خشکی & نصب و راه اندازی دریایی (داخلی)
- بازگشت سرمایه سریع
اولتراسونیک کمک اکسیداتیو گوگرد زدایی
در حالی که هیدروسولفوریزاسیون (HDS) به هزینه های سرمایه گذاری بالاتر، دمای واکنش بالا تا 400 درجه سانتیگراد و فشار بالای تا 100 اتمسفر در راکتورها نیاز دارد، فرآیند گوگردزدایی اکسیداتیو به کمک اولتراسوند (UAOD) بسیار راحت تر، کارآمدتر و سبزتر است. UAOD واکنش پذیری حذف گوگرد کاتالیزوری را تا حد زیادی افزایش می دهد و در عین حال هزینه عملیاتی کمتر، ایمنی بالاتر و حفاظت از محیط زیست را ارائه می دهد. سیستم های راکتور جریان اولتراسونیک صنعتی به دلیل پراکندگی بسیار موثر و در نتیجه بهبود سینتیک واکنش، میزان گوگردزدایی را افزایش می دهند. از آنجا که پردازش مافوق صوت فراهم می کند پراکندگی در مقیاس نانو ، انتقال جرم بین فازهای مختلف در واکنش ناهمگن به شدت افزایش یافته است.
اولتراسونیک (آکوستیک) کاویتاسیون سرعت واکنش و انتقال جرم را در شرایط شدید افزایش می دهد، که در نقاط داغ حفره ای به دست می آید. در طول انفجار حباب کاویتاسیون، دمای بسیار بالا تقریبا 5000K، سرعت خنک کننده بسیار سریع، فشارهای تقریبا 2000 اتمسفر و بر این اساس اختلاف دما و فشار شدید به صورت محلی به دست می آید. انفجار حباب کاویتاسیون همچنین منجر به جت های مایع با سرعت 280 متر بر ثانیه می شود که نیروهای برشی بسیار بالایی ایجاد می کند. این نیروهای مکانیکی فوق العاده زمان واکنش اکسیداسیون را تسریع می کنند و راندمان تبدیل گوگرد را در عرض چند ثانیه افزایش می دهند.
حذف کامل گوگرد
در حالی که مرکاپتان ها، تیواترها، سولفیدها و دی سولفیدها را می توان با فرآیند هیدروزدسولفوریزاسیون معمولی (HDS) حذف کرد، برای حذف تیوفن ها، بنزوتیوفن ها (BT)، دی بنزوتیوفن ها (DBT) و 4،6-دی متیل دی بنزوتیوفن ها (4،6-DMDBT) به روش پیچیده تری نیاز است. سولفوریزاسیون اکسیداتیو مافوق صوت بسیار موثر است که آن را به حذف حتی به سختی قابل جابجایی ترکیبات نسوز گوگرد می آید (به عنوان مثال، 4،6-dimethyldibenzothiophene و دیگر مشتقات تیوفن جایگزین آلکیل). ابراهیمی و همکاران (2018) گزارش می دهند راندمان گوگردزدایی تا 98.25٪ با استفاده از سونورکتور Hielscher برای حذف گوگرد بهینه شده است. علاوه بر این، ترکیبات گوگرد اکسید شده اولتراسونیک را می توان از طریق شستشوی آب اساسی جدا کرد.
تأثیر فرایند UAOD چند مرحله ای در پارامترهای بهینه
تست امکان سنجی گوگرد زدایی اولتراسونیک با UP400S
Shayegan و همکاران 2013 سونوگرافی ترکیبی (UP400S) با پراکسید هیدروژن به عنوان اکسیدان، FeSO به عنوان کاتالیزور، اسید استیک به عنوان تنظیم کننده pH و متانول به عنوان حلال استخراج به منظور کاهش مقدار گوگرد نفت گاز.
ثابت سرعت واکنش در طول سولفوریزاسیون اکسیداتیو را می توان تا حد زیادی با اضافه کردن یون های فلزی به عنوان کاتالیزور و با استفاده از فراصوت افزایش می یابد. انرژی اولتراسوند می تواند انرژی فعال سازی واکنش را کاهش دهد. درمان اولتراسونیک لایه مرزی بین کاتالیزورهای جامد و معرف ها را می شکند و ترکیبی همگن از کاتالیزورها و معرف ها را فراهم می کند – بهبود در نتیجه سینتیک واکنش.
فرآیند استخراج گوگرد یک مرحله مهم در طول گوگردزدایی با هدف بازیابی حجم کل نفت گاز گوگرد زدایی است. استفاده از استخراج مایع-مایع با استفاده از متانول به عنوان حلال یک فرآیند استخراج ساده است، اما برای اطمینان از راندمان بالا، اختلاط کارآمد فازهای غیرقابل اختلاط ضروری است. تنها زمانی که حداکثر رابط و متعاقبا حداکثر انتقال جرم بین فازها انجام شود، سرعت استخراج بالایی حاصل می شود. امواج فراصوت و تولید حفره صوتی مخلوط کردن شدید فازهای واکنش دهنده را فراهم می کند و انرژی فعال سازی واکنش را کاهش می دهد.
واحدهای اولتراسونیک با کارایی بالا برای گوگردزدایی سوخت دریایی
Hielscher Ultrasonics رهبر بازار سیستم های اولتراسونیک با قدرت بالا برای برنامه های کاربردی مانند UAOD در مقیاس صنعتی است. دامنه های بالا تا 200μm، 24/7 عملیات تحت بار کامل و وظیفه سنگین، استحکام و کاربر پسند ویژگی های کلیدی از اولتراسونیک Hielscher هستند. سیستم های اولتراسونیک از کلاس های مختلف قدرت و لوازم جانبی مختلف مانند sonotrodes و هندسه راکتور جریان اجازه می دهد برای مناسب ترین انطباق سیستم اولتراسونیک با سوخت خاص خود را, ظرفیت پردازش و محیط زیست.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما!? از ما بپرسید!
پردازنده های اولتراسونیک با قدرت بالا از آزمایشگاه تا خلبان و مقیاس صنعتی.
ادبیات? منابع
- 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.
نتایج تحقیقات در مورد التراسونیک کمک اکسیداتیو گوگرد زدایی (UAOD)
پراجاپاتی و همکاران (2018): گوگردزدایی نفت خام با استفاده از فناوری اکسیداتیو یکپارچه اولتراسوند. IJSRD – مجله بین المللی تحقیقات علمی & توسعه جلد 6 ، شماره 02 ، 2018.
Prajapati و همکاران (2018) توصیف مزایای راکتور اولتراسونیک Hielscher برای گوگرد زدایی اکسیداتیو به کمک سونوگرافی (UAOD). UAOD به یک فناوری جایگزین مناسب برای تصفیه آبی سنتی تبدیل شده است که به دلیل تجهیزات هیدروسولفوریزاسیون با فشار بالا و دمای بالا، دیگهای بخار، کارخانه های هیدروژن و واحدهای بازیابی گوگرد، با سرمایه گذاری و هزینه های عملیاتی قابل توجهی مختل می شود. گوگرد زدایی اکسیداتیو به کمک سونوگرافی اجازه می دهد تا فرآیند حذف عمیق گوگرد را در شرایط بسیار خفیف تر، سریعتر، ایمن تر و بسیار مقرون به صرفه تر انجام دهید.
فرایند گوگردزدایی اکسیداتیو به کمک امواج فراصوت (UAOD) بر روی نفت دیزل و مواد اولیه فرآورده های نفتی حاوی ترکیبات گوگردی مدل (بنزوتیوفن، دی بنزوتیوفن و دی متیل دی بنزوتیوفن) اعمال شد. تأثیر مقدار اکسیدان، حجم حلال برای مرحله استخراج، زمان و دمای تیمار امواج فراصوت (UIP1000hdT20 کیلوهرتز و 750 وات با عملکرد 40 درصدی مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از شرایط بهینه برای UAOD، حذف گوگرد تا 99 درصد برای ترکیبات مدل در مواد اولیه فرآورده های نفتی با استفاده از نسبت مولی برای H به دست آمد.H2SOH2Sاسید استیک: گوگرد 64:300:1، پس از 9 دقیقه درمان با سونوگرافی در دمای 90 درجه سانتی گراد و به دنبال آن استخراج با متانول (نسبت بهینه حلال و روغن 0.36). با استفاده از همان مقدار معرف و 9 دقیقه اولتراسوند حذف گوگرد برای نمونه های روغن دیزل بیشتر از 75 درصد بود.
اهمیت دامنه های اولتراسونیک بالا
تشدید اولتراسونیک گوگرد زدایی اکسیداتیو در مقیاس تجاری نفت خام نیاز به استفاده از یک پردازنده اولتراسونیک جریان از طریق صنعتی قادر به حفظ دامنه ارتعاش بالا در حدود 80 – 100 میکرونs. دامنه به طور مستقیم به شدت نیروهای برشی تولید شده توسط حفره های مافوق صوت مربوط می شود و باید در سطح به اندازه کافی بالا حفظ شود تا اختلاط کارآمد باشد.
آزمایش های انجام شده توسط Prajapati و همکاران نشان می دهد که امواج فراصوت باعث افزایش واکنش گوگرد زدایی می شود. راندمان گوگردزدایی حدود 2/93 درصد بود هنگامی که سونوگرافی با کارایی بالا اعمال می شود.
شایگان و همکاران (2013): حذف گوگرد گازوئیل با استفاده از فرایند اکسیداتیو کاتالیزوری به کمک امواج فراصوت و بررسی شرایط بهینه آن. مجله مهندسی شیمی کره 30(9)، سپتامبر 2013. 1751-1759.
فرایند گوگردزدایی اکسیداتیو به کمک امواج فراصوت (UAOD) برای کاهش ترکیبات گوگردی نفت گاز حاوی انواع گوگرد استفاده شد. مقررات زیست محیطی برای از بین بردن ترکیبات گوگردی نیاز به گوگرد زدایی بسیار عمیق دارد. UAOD یک فناوری امیدوارکننده با هزینه عملیاتی کمتر و ایمنی و حفاظت از محیط زیست بالاتر است. برای اولین بار عامل انتقال فاز معمولی (تترا اکتیل-آمونیوم-بروماید) با ایزوبوتانول جایگزین شد زیرا استفاده از ایزوبوتانول بسیار مقرون به صرفه تر از TOAB است و هیچ آلودگی ایجاد نمی کند. واکنش در نقطه بهینه با دماهای مختلف، در روش های تک، دو و سه مرحله ای انجام شد و اثر افزایش تدریجی H را بررسی کردH2SOH2S و TOAB به جای ایزوبوتانول استفاده می شود. غلظت گوگرد کل در فاز نفتی با روش ASTM-D3120 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بیشترین حذف حدود 90 درصد برای روغن گاز حاوی 9500 میلی گرم بر کیلوگرم گوگرد در سه مرحله طی 17 دقیقه فرآیند در دمای 2±62 درجه سانتی گراد در دمای 3/180 میلی مول H به دست آمدH2SOH2S مورد استفاده قرار گرفت و استخراج با متانول انجام شد.
اکبری و همکاران (2014): بررسی متغیرهای فرآیندی و اثرات تشدید فراصوت اعمال شده در گوگردزدایی اکسیداتیو دیزل مدل بر روی MoO3/آلH2SO3 کاتالیست. سونوشیمی مافوق صوت 21(2), مارس 2014. 692–705.
یک سیستم سونوکاتالیستی ناهمگن جدید متشکل از MoO3/آلH2SO3 کاتالیزور و HH2SOH2S همراه با فراصوت برای بهبود و سرعت بخشیدن به اکسیداسیون ترکیبات گوگرد مدل گازوئیل مورد مطالعه قرار گرفت و در نتیجه افزایش قابل توجهی در راندمان فرآیند داشت. تأثیر امواج فراصوت بر خواص، فعالیت و پایداری کاتالیزور با استفاده از تکنیک های GC-FID، PSD، SEM و BET به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفت. بیش از 98 درصد تبدیل DBT در مدل گازوئیل حاوی 1000 میکروگرم بر گرم گوگرد با استفاده از گوگردزدایی جدید به کمک امواج فراصوت در H به دست آمدH2SOH2Sنسبت مولی گوگرد 3، دمای 318 کلوین و دوز کاتالیزور 30 گرم در لیتر پس از واکنش 30 دقیقه، برخلاف تبدیل 55 درصدی به دست آمده در طی فرآیند خاموش. این بهبود به طور قابل توجهی تحت تأثیر پارامترهای عملیاتی و ویژگی های کاتالیزور قرار گرفت. اثرات متغیرهای اصلی فرآیند با استفاده از روش سطح پاسخ در فرآیند خاموش در مقایسه با امواج فراصوت بررسی شد. امواج فراصوت پراکندگی خوبی از کاتالیزور و اکسیدان را با شکستن پیوند هیدروژنی و آگلومراسیون آنها در فاز روغن فراهم می کند. رسوب ناخالصی ها بر روی سطح کاتالیست باعث غیرفعال شدن سریع در آزمایش های خاموش شد که تنها 5 درصد اکسیداسیون DBT پس از 6 سیکل واکنش خاموش توسط کاتالیست بازیافتی شد. بیش از 95٪ از DBT پس از 6 چرخه به کمک سونوگرافی اکسید شد که بهبود زیادی در ثبات با تمیز کردن سطح در طول سونوگرافی نشان می دهد. کاهش اندازه ذرات قابل توجهی نیز پس از فراصوت 3 ساعت مشاهده شد که می تواند پراکندگی بیشتر کاتالیزور در سوخت مدل را فراهم کند.
افضلی نیا و همکاران (2016): فرایند گوگرد زدایی اکسیداتیو به کمک سونوگرافی سوخت مایع توسط اسید فسفوتنگستنی محصور شده در یک MOF مبتنی بر روی عامل آمین در داخل آمین (II) به عنوان کاتالیزور. سونوشیمی مافوق صوت 2016
در این کار، گوگردزدایی اکسیداتیو به کمک امواج فراصوت (UAOD) سوخت های مایع با استفاده از یک اسید فسفوتنگستنی ناهمگن بسیار پراکنده از نوع کگین (H3PW12O40، PTA) که در یک MOF عامل دار آمینو (TMU-17 -NH2) محصور شده است. کامپوزیت تهیه شده فعالیت کاتالیزوری و قابلیت استفاده مجدد بالایی در گوگردزدایی اکسیداتیو سوخت مدل از خود نشان می دهد. گوگردزدایی اکسیداتیو به کمک امواج فراصوت (UAOD) روشی جدید برای انجام واکنش اکسیداسیون ترکیبات حاوی گوگرد به سرعت، اقتصادی، سازگار با محیط زیست و ایمن در شرایط ملایم است. امواج اولتراسوند می توانند به عنوان ابزاری کارآمد برای کاهش زمان واکنش و بهبود عملکرد سیستم گوگردزدایی اکسیداتیو استفاده شوند. PTA@TMU-17-NH2 می تواند گوگردزدایی روغن مدل را با استفاده از 20 میلی گرم کاتالیست و نسبت مولی O/S 1:1 در حضور MeCN به عنوان حلال استخراج به طور کامل انجام دهد. نتایج به دست آمده نشان داد که تبدیل DBT به DBTO2 پس از 15 دقیقه در دمای محیط به 98 درصد می رسد. در این پژوهش، کامپوزیت های TMU-17-NH2 و PTA/TMU-17-NH2 با پرتودهی فراصوت برای اولین بار تهیه و در فرایند UAOD مورد استفاده قرار گرفت. کاتالیزور آماده شده قابلیت استفاده مجدد عالی را بدون شستشوی PTA و از دست دادن فعالیت از خود نشان می دهد.