Ultrahanggal segített oxidatív kéntelenítés (UAODS)

A nyersolajban, kőolajban, dízelben és más fűtőolajokban található kéntartalmú vegyületek közé tartoznak a szulfidok, tiolok, tiofének, szubsztituált benzo- és dibenzotiofének (BT-k és DBT-k), benzonaftotiofén (BNT) és még sok más összetett molekula, amelyekben a kondenzált tiofének a leggyakoribb formák. A Hielscher ultrahangos reaktorok segítik az oxidatív mély kéntelenítési folyamatot, amely a mai szigorú környezetvédelmi előírások és az ultra-alacsony kéntartalmú dízel (ULSD, 10ppm kén) előírásoknak való megfeleléshez szükséges.

Oxidatív kéntelenítés (ODS)

Az oxidatív kéntelenítés hidrogén-peroxiddal és az azt követő oldószeres extrakció egy kétlépcsős mély kéntelenítési technológia a szerves kénvegyületek mennyiségének csökkentésére a tüzelőolajokban. A Hielscher ultrahangos reaktorokat mindkét szakaszban használják a fázisátviteli reakció kinetikájának javítására és a folyadék-folyadék fázisú rendszerek oldódási sebességére.

Folyamatábra ultrahanggal segített oxidatív kéntelenítéshez – 2 szakasz

Az ultrahanggal segített oxidatív kéntelenítés első szakaszában a hidrogén-peroxidot oxidálószerként használják a tüzelőolajokban jelenlévő kéntartalmú molekulák szelektív oxidálására a megfelelő szulfoxidokra vagy szulfonokra enyhe körülmények között, hogy polaritásuk növekedésével növeljék poláris oldószerekben való oldhatóságukat. Ebben a szakaszban a poláris vizes fázis és a nem poláris szerves fázis oldhatatlansága jelentős probléma az oxidatív kéntelenítés folyamatában, mivel mindkét fázis csak az interfázisban reagál egymással. Ultrahang nélkül ez alacsony reakciósebességet és a szerves kén lassú átalakulását eredményezi ebben a kétfázisú rendszerben.

ultrahangos emulgeálás

Az olajfázist és a vizes fázist összekeverik és statikus keverőbe szivattyúzzák, hogy állandó térfogatarányú bázikus emulziót állítsanak elő, amelyet ezután az ultrahangos keverőreaktorba táplálnak. Ott az ultrahangos kavitáció nagy hidraulikus nyírást eredményez, és a vizes fázist szubmikron és nanoméretű cseppekre bontja. Mivel a fázishatár fajlagos felülete befolyásolja a kémiai reakciósebességet, a cseppátmérő jelentős csökkenése javítja a reakciókinetikát, és csökkenti vagy kiküszöböli a fázisátadó anyagok szükségességét. Ultrahang alkalmazásával a peroxid térfogatszázaléka csökkenthető, mivel a finomabb emulzióknak kevesebb térfogatra van szükségük ahhoz, hogy ugyanazt az érintkezési felületet biztosítsák az olajfázissal.

Ultrahanggal segített oxidáció

Az ultrahangos kavitáció intenzív helyi fűtést (~5000K), magas nyomást (~1000atm), hatalmas fűtési és hűtési sebességet (>10⁹ K/sec) és folyékony sugáráramok (~1000 km/h). Ez a rendkívül reaktív környezet gyorsabban és teljesebben oxidálja a tioféneket az olajfázisban nagyobb poláris szulfoxiddá és szulfonokká. A katalizátor tovább támogathatja az oxidációs folyamatot, de nem elengedhetetlen. Kimutatták, hogy az amfifil emulziós katalizátorok vagy fázisátviteli katalizátorok (PTC), mint például a kvaterner ammóniumsók, amelyek egyedülálló képességük vizes és szerves folyadékokban egyaránt feloldódnak, beépülnek az oxidálószerbe, és szállítják azt a határfelületi fázisból a reakciófázisba, ezáltal növelve a reakciósebességet. A Fenton reagens hozzáadható a dízel üzemanyagok oxidatív kéntelenítési hatékonyságának fokozásához, és jó szinergikus hatást mutat a sono-oxidációs feldolgozással.

Fokozott tömegátvitel Power-ultrahanggal

Amikor a szerves kénvegyületek fázishatáron reagálnak, a szulfoxidok és szulfonok felhalmozódnak a vizes cseppek felületén, és megakadályozzák más kénvegyületek vizes fázisban való kölcsönhatását. A kavitációs sugáráramok és az akusztikus áramlás által okozott hidraulikus nyírás turbulens áramlást és anyagszállítást eredményez a cseppek felületéről és oda, és ismételt összeolvadáshoz és ezt követő új cseppek képződéséhez vezet. Ahogy az oxidáció idővel halad, az ultrahangos kezelés maximalizálja a reagensek expozícióját és kölcsönhatását.

Szulfonok fázistranszfer extrakciója

Az oxidáció és a vizes fázisból (H2O2) való elválasztás után a szulfonokat poláris oldószerrel, például acetonitrillel extrahálhatjuk a második szakaszban. A szulfonok a két fázis közötti fázishatáron átkerülnek az oldószeres fázisba a magasabb polaritásuk érdekében. Hasonlóan az első szakaszhoz, a Hielscher ultrahangos reaktorok fokozzák a folyadék-folyadék extrakciót azáltal, hogy az olajfázisban az oldószerfázis finom méretű turbulens emulzióját készítik. Ez növeli a fázissal érintkező felületet, és extrakciót és csökkentett oldószerhasználatot eredményez.

A laboratóriumi teszteléstől a kísérleti méretezésig és a gyártásig

A Hielscher Ultrasonics berendezéseket kínál a technológia tesztelésére, ellenőrzésére és felhasználására bármilyen méretben. Alapvetően csak 4 lépésben történik.

1. Keverjük össze az olajat H2O2-vel és szonikáljuk a kénvegyületek oxidálásához
2. Centrifugálás a vizes fázis elválasztásáig
3. Keverjük össze az olajfázist oldószerrel és szonikálni a szulfonok kivonásához
4. Centrifugáljuk az oldószerfázis szulfonokkal való elválasztásáig

Laboratóriumi méretekben használhatja a UP200Ht a koncepció bemutatására és az alapvető paraméterek, például a peroxidkoncentráció, a folyamat hőmérséklete, az ultrahangos idő és intenzitás, valamint a katalizátor vagy oldószer használatára.
Asztali szinten egy erős sonicator, mint például az UIP1000hdT vagy az UIP2000hdT lehetővé teszi mindkét szakasz független szimulálását 100 és 1000L / óra (25 és 250 gal / óra) közötti áramlási sebességgel, valamint a folyamat és az ultrahangos paraméterek optimalizálását. A Hielscher ultrahangos berendezést lineáris méretarányra tervezték nagyobb feldolgozási mennyiségekre kísérleti vagy gyártási skálán. A Hielscher létesítmények bizonyítottan megbízhatóan működnek nagy volumenű folyamatokhoz, beleértve az üzemanyag-finomítást is. A Hielscher konténeres rendszereket gyárt, amelyek több nagy teljesítményű 10kW vagy 16kW eszközünket kombinálják a klaszterekkel az egyszerű integráció érdekében. A veszélyes környezet követelményeinek megfelelő tervek is rendelkezésre állnak. Az alábbi táblázat felsorolja a feldolgozási mennyiségeket és az ajánlott berendezésméreteket.

Ultrahangos keverőrendszer – 2 szál 6x10kW (2x120m³/óra)

Az ultrahangos kezelés előnyei

Az UAODS jelentős előnyöket kínál a HDS-hez képest. A tiofének, szubsztituált benzo- és dibenzotiofének alacsony hőmérsékleten és nyomáson oxidálódnak. Ezért nincs szükség drága hidrogénre, így ez a folyamat alkalmasabb a kis és közepes méretű finomítók, vagy a hidrogénvezeték közelében nem található elszigetelt finomítók számára. A megnövekedett reakciósebesség, valamint az enyhe reakcióhőmérséklet és nyomás elkerüli a drága vízmentes vagy aprotikus oldószerek alkalmazását.
Az ultrahanggal segített oxidatív kéntelenítő (UAODS) egység integrálása egy hagyományos hidrogénező egységgel javíthatja az alacsony és / vagy rendkívül alacsony kéntartalmú dízelüzemanyagok előállításának hatékonyságát. Ez a technológia a hagyományos hidrogénezés előtt vagy után használható a kénszint csökkentésére.
Az UAODS eljárás több mint felére csökkentheti a becsült tőkeköltségeket egy új nagynyomású hidrogénező költségéhez képest.

A hidrogénezésű kéntelenítés (HDS) hátrányai

Míg a hidrogénezéssel kéntelenítés (HDS) rendkívül hatékony eljárás a tiolok, szulfidok és diszulfidok eltávolítására, nehéz a tűzálló kéntartalmú vegyületeket, például a dibenzotiofént és származékait (pl. 4,6-dimetil-dibenzotiofén 4,6-DMDBT) rendkívül alacsony szintre eltávolítani. A magas hőmérséklet, a magas nyomás és a magas hidrogénfogyasztás növeli a HDS tőkéjét és működési költségeit az ultramély kéntelenítéshez. A magas tőke- és működési költségek elkerülhetetlenek. A kén fennmaradó nyomai mérgezhetik az újraformálási és átalakítási folyamatban használt nemesfém katalizátorokat vagy az üzemanyagcella-kötegekben használt elektródakatalizátorokat.