Ultraäänellä avustettu oksidatiivinen rikinpoisto (UAODS)

Rikkipitoisia yhdisteitä raakaöljyssä, maaöljyssä, dieselissä ja muissa polttoöljyissä ovat sulfidit, tiolit, tiofeenit, substituoidut bentso- ja dibentsotiofeenit (BT: t ja DBT), bentsonaftotiofeeni (BNT) ja monet monimutkaisemmat molekyylit, joissa kondensoituneet tiofeenit ovat yleisimpiä muotoja. Hielscherin ultraäänireaktorit auttavat oksidatiivista syvää rikinpoistoprosessia, jota tarvitaan nykypäivän tiukkojen ympäristömääräysten ja erittäin vähärikkisen dieselin (ULSD, 10ppm rikki) eritelmien täyttämiseksi.

Oksidatiivinen rikinpoisto (ODS)

Oksidatiivinen rikinpoisto vetyperoksidilla ja sitä seuraava liuotinuutto on kaksivaiheinen syvä rikinpoistotekniikka orgaanisten rikkiyhdisteiden määrän vähentämiseksi polttoöljyissä. Hielscherin ultraäänireaktoreita käytetään molemmissa vaiheissa faasinsiirtoreaktiokinetiikan ja liukenemisnopeuksien parantamiseksi neste-neste-faasijärjestelmissä.

Vuokaavio ultraäänellä avustetulle oksidatiiviselle rikinpoistolle – 2 vaihetta

Ultraäänellä avustetun oksidatiivisen rikinpoiston ensimmäisessä vaiheessa vetyperoksidia käytetään hapettimena hapettamaan selektiivisesti polttoöljyissä olevat rikkiä sisältävät molekyylit vastaaviin sulfoksideihin tai sulfoneihin lievissä olosuhteissa niiden liukoisuuden lisäämiseksi polaarisiin liuottimiin lisäämällä niiden napaisuutta. Tässä vaiheessa polaarisen vesifaasin ja ei-polaarisen orgaanisen faasin liukenemattomuus on merkittävä ongelma oksidatiivisen rikinpoistoprosessissa, koska molemmat faasit reagoivat keskenään vain välivaiheessa. Ilman ultraääniä tämä johtaa alhaiseen reaktionopeuteen ja orgaanisen rikin hitaaseen muuntamiseen tässä kaksivaiheisessa järjestelmässä.

Ultraääniemulgointi

Öljyfaasi ja vesifaasi sekoitetaan ja pumpataan staattiseen sekoittimeen, jotta saadaan vakiotilavuussuhteen emäksinen emulsio, joka syötetään sitten ultraäänisekoitusreaktoriin. Siellä ultraäänikavitaatio tuottaa korkean hydraulisen leikkauksen ja hajottaa vesifaasin sub-mikroni- ja nanokokoisiksi pisaroiksi. Koska faasirajan erityinen pinta-ala vaikuttaa kemialliseen reaktionopeuteen, tämä pisaran halkaisijan merkittävä pieneneminen parantaa reaktiokinetiikkaa ja vähentää faasinsiirtoaineiden tarvetta tai poistaa sen kokonaan. Ultraäänellä peroksidin tilavuusprosenttia voidaan alentaa, koska hienommat emulsiot tarvitsevat vähemmän tilavuutta saman kosketuspinnan aikaansaamiseksi öljyfaasin kanssa.

Ultraäänellä avustettu hapetus

Ultraäänikavitaatio tuottaa voimakasta paikallista lämmitystä (~ 5000K), korkeita paineita (~ 1000atm), valtavia lämmitys- ja jäähdytysnopeuksia (>10⁹ K/s) ja nestesuihkuvirrat (~1000 km/h). Tämä erittäin reaktiivinen ympäristö hapettaa tiofeenit öljyfaasissa nopeammin ja täydellisemmin suuremmaksi polaariseksi sulfoksidiksi ja sulfoneiksi. Katalyytti voi edelleen tukea hapetusprosessia, mutta ne eivät ole välttämättömiä. Amfifiilisten emulsiokatalyyttien tai faasisiirtokatalyyttien (PTC), kuten kvaternaaristen ammoniumsuolojen, joilla on ainutlaatuinen kyky liuottaa sekä vesipitoisiin että orgaanisiin nesteisiin, on osoitettu yhdistyvän hapettimeen ja kuljettavan sen rajapintafaasista reaktiofaasiin, mikä parantaa reaktionopeutta. Fentonin reagenssia voidaan lisätä dieselpolttoaineiden hapettumisrikinpoistotehokkuuden parantamiseksi, ja sillä on hyvä synergiavaikutus sonohapetusprosessin kanssa.

Tehostettu massansiirto teho-ultraäänellä

Kun orgaaniset rikkiyhdisteet reagoivat faasirajalla, sulfoksidit ja sulfonit kerääntyvät vesipisaroiden pinnalle ja estävät muita rikkiyhdisteitä vuorovaikutuksesta vesifaasissa. Kavitaatiosuihkuvirtojen ja akustisen virtauksen aiheuttama hydraulinen leikkaus johtaa turbulenttiseen virtaukseen ja materiaalin kulkeutumiseen pisarapinnoilta ja pisaroiden pinnoille ja johtaa toistuvaan yhteensulautumiseen ja sitä seuraavaan uusien pisaroiden muodostumiseen. Kun hapetus etenee ajan myötä, sonikaatio maksimoi reagenssien altistumisen ja vuorovaikutuksen.

Sulfonien faasinsiirtouutto

Hapetuksen ja vesifaasista (H2O2) erottamisen jälkeen sulfonit voidaan uuttaa käyttämällä polaarista liuotinta, kuten asetonitriiliä toisessa vaiheessa. Sulfonit siirtyvät molempien faasien välisellä faasirajalla liuotinfaasiin korkeamman napaisuutensa saavuttamiseksi. Aivan kuten ensimmäisessä vaiheessa, Hielscherin ultraäänireaktorit tehostavat neste-nesteuuttoa tekemällä hienokokoisen turbulentin emulsion liuotinfaasista öljyfaasissa. Tämä lisää faasikosketuspintaa ja johtaa uuttoon ja vähentää liuottimen käyttöä.

Laboratoriotestauksesta pilottimittakaavaan ja tuotantoon

Hielscher Ultrasonics tarjoaa laitteita tämän tekniikan testaamiseen, tarkistamiseen ja hyödyntämiseen missä tahansa mittakaavassa. Periaatteessa se tehdään vain 4 vaiheessa.

1. Sekoita öljy H2O2: n kanssa ja sonikaatti rikkiyhdisteiden hapettamiseksi
2. Sentrifugoidaan vesifaasin erottamiseksi
3. Sekoita öljyfaasi liuottimen ja sonikaatin kanssa sulfonien uuttamiseksi
4. Sentrifugoidaan liuotinfaasin erottamiseksi sulfoneilla

Laboratorion mittakaavassa voit käyttää UP200Ht: tä käsitteen osoittamiseen ja perusparametrien, kuten peroksidipitoisuuden, prosessilämpötilan, sonikaatioajan ja intensiteetin sekä katalyytin tai liuottimen käytön, säätämiseen.
Penkkitasolla tehokas sonicator, kuten UIP1000hdT tai UIP2000hdT, mahdollistaa molempien vaiheiden simuloinnin itsenäisesti virtausnopeuksilla 100 - 1000L / h (25 - 250 gal / h) ja optimoida prosessi- ja sonikaatioparametrit. Hielscherin ultraäänilaitteet on suunniteltu lineaariseen skaalaukseen suurempiin käsittelymääriin pilotti- tai tuotantomittakaavassa. Hielscherin asennukset ovat osoittautuneet toimiviksi luotettavasti suurivolyymisissa prosesseissa, mukaan lukien polttoaineen jalostus. Hielscher valmistaa konttijärjestelmiä, jotka yhdistävät useita suuritehoisia 10 kW: n tai 16 kW: n laitteitamme klustereihin integroinnin helpottamiseksi. Saatavilla on myös malleja, jotka täyttävät vaarallisen ympäristön vaatimukset. Alla olevassa taulukossa on lueteltu käsittelymäärät ja suositellut laitekoot.

Ultraääni sekoitusjärjestelmä – 2 säiettä 6x10kW (2x120m³/h)

Ultrasonicationin käytön edut

UAODS tarjoaa merkittäviä etuja HDS: ään verrattuna. Tiofeenit, substituoidut bentso- ja dibentsotiofeenit hapetetaan alhaisissa lämpötila- ja paineolosuhteissa. Siksi kallista vetyä ei tarvita, mikä tekee tästä prosessista sopivamman pienille ja keskisuurille jalostamoille tai eristetyille jalostamoille, jotka eivät sijaitse lähellä vetyputkea. Lisääntynyt reaktionopeus ja lievä reaktiolämpötila ja paine välttävät kalliiden vedettömien tai aproottisten liuottimien käytön.
Ultraäänellä avustetun oksidatiivisen rikinpoistoyksikön (UAODS) integrointi tavanomaiseen vetykäsittelyyksikköön voi parantaa tehokkuutta vähärikkisten ja / tai erittäin vähärikkisten dieselpolttoaineiden tuotannossa. Tätä tekniikkaa voidaan käyttää ennen tavanomaista hydrokäsittelyä tai sen jälkeen rikkitason alentamiseksi.
UAODS-prosessi voi alentaa arvioituja pääomakustannuksia yli puolella verrattuna uuden korkeapaineisen vedynkäsittelylaitteen kustannuksiin.

Rikinpoiston (HDS) haitat

Vaikka rikinpoisto (HDS) on erittäin tehokas prosessi tiolien, sulfidien ja disulfidien poistamiseksi, tulenkestäviä rikkipitoisia yhdisteitä, kuten dibentsotiofeenia ja sen johdannaisia (esim. 4,6-dimetidibentsotiofeeni 4,6-DMDBT), on vaikea poistaa erittäin alhaiselle tasolle. Korkeat lämpötilat, korkeat paineet ja korkea vedyn kulutus nostavat HDS:n pääoma- ja käyttökustannuksia erittäin syvässä rikinpoistossa. Korkeat pääoma- ja käyttökustannukset ovat väistämättömiä. Jäljellä olevat rikkipitoisuudet voivat myrkyttää uudelleenmuovaus- ja muunnosprosessissa käytetyt jalometallikatalyytit tai polttokennopinoissa käytetyt elektrodikatalyytit.