अल्ट्रासोनिक सहायता से ऑक्सीकरण द्वारा सल्फर निष्कासन (UAODS)

कच्चे तेल, पेट्रोलियम, डीज़ल और अन्य ईंधन तेलों में सल्फर युक्त यौगिकों में सल्फाइड, थायोल, थायोफीन, प्रतिस्थापित बेंज़ो- और डाइबेंज़ोथायोफीन (BTs और DBTs), बेंज़ोनैफ्थोथायोफीन (BNT) और कई अन्य जटिल अणु शामिल हैं, जिनमें संघनित थायोफीन सबसे सामान्य रूप हैं। Hielscher अल्ट्रासोनिक रिएक्टर ऑक्सीकरण द्वारा गहन सल्फर निष्कासन की उस प्रक्रिया में सहायता करते हैं जो आज के कड़े पर्यावरणीय विनियमों और अति-निम्न सल्फर वाले डीज़ल (ULSD, 10ppm सल्फर) के विनिर्देशों को पूरा करने के लिए आवश्यक है।

ऑक्सीकरण द्वारा सल्फर निष्कासन (ODS)

हाइड्रोजन पेरॉक्साइड से ऑक्सीकरण द्वारा सल्फर निष्कासन और उसके बाद विलायक निष्कर्षण, ईंधन तेलों में कार्बनिक सल्फर यौगिकों की मात्रा घटाने की दो चरणों वाली गहन सल्फर निष्कासन तकनीक है। द्रव-द्रव प्रावस्था प्रणालियों में प्रावस्था-अंतरण अभिक्रिया की गतिकी और घुलने की दरों में सुधार के लिए दोनों चरणों में Hielscher अल्ट्रासोनिक रिएक्टरों का उपयोग किया जाता है।

अल्ट्रासोनिक सहायता से ऑक्सीकरण द्वारा सल्फर निष्कासन का प्रवाह आरेख – 2 चरण

अल्ट्रासोनिक सहायता से ऑक्सीकरण द्वारा सल्फर निष्कासन के पहले चरण में, हाइड्रोजन पेरॉक्साइड का उपयोग ऑक्सीकारक के रूप में किया जाता है। यह सौम्य परिस्थितियों में ईंधन तेलों में मौजूद सल्फर युक्त अणुओं का चयनात्मक ऑक्सीकरण करके उन्हें उनके संबंधित सल्फॉक्साइड या सल्फोन में बदलता है, ताकि उनकी ध्रुवता बढ़ने के साथ ध्रुवीय विलायकों में उनकी विलेयता बढ़े। इस चरण में, ध्रुवीय जलीय प्रावस्था और अध्रुवीय कार्बनिक प्रावस्था का एक-दूसरे में अघुलनशील होना ऑक्सीकरण द्वारा सल्फर निष्कासन की प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण समस्या है, क्योंकि दोनों प्रावस्थाएँ केवल अंतरापृष्ठ पर ही एक-दूसरे से अभिक्रिया करती हैं। अल्ट्रासोनिक्स के बिना, इस द्वि-प्रावस्था प्रणाली में अभिक्रिया दर कम रहती है और कार्बनिक सल्फर का रूपांतरण धीमा होता है।

अल्ट्रासोनिक पायसीकरण

तेल प्रावस्था और जलीय प्रावस्था को मिलाकर एक स्थिर मिक्सर में पंप किया जाता है, ताकि एक स्थिर आयतन अनुपात वाला प्रारंभिक पायस बने, जिसे फिर अल्ट्रासोनिक मिश्रण रिएक्टर में भेजा जाता है। वहाँ अल्ट्रासोनिक कैविटेशन उच्च द्रवचालित अपरूपण उत्पन्न करता है और जलीय प्रावस्था को उप-माइक्रोन और नैनो आकार की बूंदों में तोड़ देता है। चूँकि प्रावस्था सीमा का विशिष्ट पृष्ठीय क्षेत्रफल रासायनिक अभिक्रिया की दर को प्रभावित करता है, इसलिए बूंदों के व्यास में यह महत्वपूर्ण कमी अभिक्रिया की गतिकी में सुधार करती है और प्रावस्था-अंतरण कारकों की आवश्यकता घटाती या समाप्त करती है। अल्ट्रासोनिक्स का उपयोग करके पेरॉक्साइड का आयतन प्रतिशत कम किया जा सकता है, क्योंकि अधिक सूक्ष्म पायसों को तेल प्रावस्था के साथ समान संपर्क क्षेत्रफल उपलब्ध कराने के लिए कम आयतन की आवश्यकता होती है।

अल्ट्रासोनिक सहायता से ऑक्सीकरण

अल्ट्रासोनिक कैविटेशन तीव्र स्थानीय तापन (~5000K), उच्च दाब (~1000atm), अत्यधिक उच्च तापन और शीतलन दरें (>10⁹ K/sec) और द्रव जेट धाराएँ (~1000 km/h) उत्पन्न करता है। यह अत्यंत अभिक्रियाशील वातावरण तेल प्रावस्था में थायोफीन का अधिक तेज़ी से और अधिक पूर्ण रूप से ऑक्सीकरण करके उन्हें अधिक ध्रुवीय सल्फॉक्साइड और सल्फोन में बदलता है। उत्प्रेरक ऑक्सीकरण प्रक्रिया में और सहायता कर सकते हैं, लेकिन वे आवश्यक नहीं हैं। उभयरागी पायस उत्प्रेरकों या प्रावस्था-अंतरण उत्प्रेरकों (PTC), जैसे चतुष्क अमोनियम लवणों, में जलीय और कार्बनिक दोनों द्रवों में घुलने की विशिष्ट क्षमता होती है। यह दर्शाया गया है कि वे ऑक्सीकारक के साथ जुड़कर उसे अंतरापृष्ठीय प्रावस्था से अभिक्रिया प्रावस्था तक पहुँचाते हैं, जिससे अभिक्रिया दर बढ़ती है। डीज़ल ईंधनों के लिए ऑक्सीकरण द्वारा सल्फर निष्कासन की दक्षता बढ़ाने हेतु फेंटन अभिकर्मक मिलाया जा सकता है और यह सोनो-ऑक्सीकरण प्रसंस्करण के साथ अच्छा सहक्रियात्मक प्रभाव दिखाता है।

उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड से उन्नत द्रव्यमान अंतरण

जब कार्बनिक सल्फर यौगिक प्रावस्था सीमा पर अभिक्रिया करते हैं, तो सल्फॉक्साइड और सल्फोन जलीय बूंदों की सतह पर जमा हो जाते हैं और अन्य सल्फर यौगिकों को जलीय प्रावस्था पर अंतःक्रिया करने से रोकते हैं। कैविटेशन से उत्पन्न जेट धाराओं और ध्वनिक प्रवाह के कारण होने वाला द्रवचालित अपरूपण विक्षुब्ध प्रवाह तथा बूंदों की सतहों से और उनकी ओर पदार्थ का परिवहन उत्पन्न करता है। इससे बूंदें बार-बार आपस में मिलती हैं और उसके बाद नई बूंदें बनती हैं। समय के साथ ऑक्सीकरण आगे बढ़ने पर, सोनिकेशन अभिकर्मकों के संपर्क और उनकी अंतःक्रिया को अधिकतम करता है।

सल्फोन का प्रावस्था-अंतरण निष्कर्षण

ऑक्सीकरण और जलीय प्रावस्था (H2O2) से पृथक्करण के बाद, दूसरे चरण में एसीटोनाइट्राइल जैसे ध्रुवीय विलायक का उपयोग करके सल्फोन का निष्कर्षण किया जा सकता है। अपनी अधिक ध्रुवता के कारण सल्फोन दोनों प्रावस्थाओं की सीमा पर विलायक प्रावस्था में स्थानांतरित हो जाते हैं। पहले चरण की तरह ही, Hielscher अल्ट्रासोनिक रिएक्टर तेल प्रावस्था में विलायक प्रावस्था का सूक्ष्म आकार वाला विक्षुब्ध पायस बनाकर द्रव-द्रव निष्कर्षण को बढ़ावा देते हैं। इससे प्रावस्थाओं का संपर्क क्षेत्रफल बढ़ता है और निष्कर्षण होता है तथा विलायक का उपयोग घटता है।

प्रयोगशाला परीक्षण से पायलट पैमाने और उत्पादन तक

Hielscher Ultrasonics किसी भी पैमाने पर इस तकनीक का परीक्षण, सत्यापन और उपयोग करने के लिए उपकरण प्रदान करता है। मूलतः यह केवल 4 चरणों में किया जाता है।

1. तेल को H2O2 के साथ मिलाएँ और सल्फर यौगिकों का ऑक्सीकरण करने के लिए सोनिकेशन करें
2. जलीय प्रावस्था को अलग करने के लिए अपकेंद्रण करें
3. तेल प्रावस्था को विलायक के साथ मिलाएँ और सल्फोन का निष्कर्षण करने के लिए सोनिकेशन करें
4. सल्फोन युक्त विलायक प्रावस्था को अलग करने के लिए अपकेंद्रण करें

प्रयोगशाला पैमाने पर, आप अवधारणा को प्रदर्शित करने और पेरॉक्साइड सांद्रता, प्रक्रिया तापमान, सोनिकेशन का समय और तीव्रता, तथा उत्प्रेरक या विलायक के उपयोग जैसे बुनियादी मापदंडों को समायोजित करने के लिए UP200Ht का उपयोग कर सकते हैं।
बेंच-टॉप स्तर पर UIP1000hdT या UIP2000hdT जैसा शक्तिशाली सोनिकेटर 100 से 1000L/hr (25 से 250 gal/hr) की प्रवाह दरों पर दोनों चरणों का स्वतंत्र रूप से अनुकरण करने और प्रक्रिया तथा सोनिकेशन मापदंडों को अनुकूलित करने की सुविधा देता है। Hielscher अल्ट्रासोनिक उपकरणों को पायलट या उत्पादन पैमाने पर अधिक प्रसंस्करण आयतन तक रैखिक रूप से बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। Hielscher संयंत्र ईंधन शोधन सहित बड़ी मात्रा वाली प्रक्रियाओं में विश्वसनीय रूप से काम करने के लिए प्रमाणित हैं। Hielscher कंटेनरों में स्थापित प्रणालियाँ बनाता है, जिनमें हमारे कई उच्च-शक्ति 10kW या 16kW उपकरणों को क्लस्टरों में जोड़ा जाता है, ताकि उनका एकीकरण आसान हो। खतरनाक परिवेश की आवश्यकताओं को पूरा करने वाले डिज़ाइन भी उपलब्ध हैं। नीचे दी गई तालिका में प्रसंस्करण आयतन और अनुशंसित उपकरण आकार दिए गए हैं।

कच्चे तेलों से सल्फर निष्कासन के लिए 192 kW के उच्च-शक्ति सोनिकेटरों वाला संयंत्र