Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդացնող ծծմբազերծում (UAODS)
Հում նավթի, նավթի, դիզելային վառելիքի և այլ հեղուկ վառելիքների ծծումբ պարունակող միացությունները ներառում են սուլֆիդներ, թիոլներ, թիոֆեններ, տեղակալված բենզո- և դիբենզոթիոֆեններ (BTs և DBTs), բենզոնաֆթոթիոֆեն (BNT) և բազմաթիվ այլ բարդ մոլեկուլներ, որոնց շարքում կոնդենսացված թիոֆեններն ամենատարածված ձևերն են։ Hielscher-ի ուլտրաձայնային ռեակտորներն օժանդակում են խոր օքսիդացնող ծծմբազերծման գործընթացին, որն անհրաժեշտ է այսօրվա խիստ բնապահպանական կանոնակարգերին և ծծմբի գերճածր պարունակությամբ դիզելային վառելիքի (ULSD, 10ppm ծծումբ) տեխնիկական պահանջներին համապատասխանելու համար։
Օքսիդացնող ծծմբազերծում (ODS)
Ջրածնի պերօքսիդով օքսիդացնող ծծմբազերծումը և դրան հաջորդող լուծիչով էքստրակցիան խոր ծծմբազերծման երկփուլ տեխնոլոգիա է՝ հեղուկ վառելիքներում ծծմբօրգանական միացությունների քանակը նվազեցնելու համար։ Hielscher-ի ուլտրաձայնային ռեակտորներն օգտագործվում են երկու փուլերում էլ՝ հեղուկ–հեղուկ ֆազային համակարգերում միջֆազային փոխանցմամբ ռեակցիաների կինետիկան բարելավելու և լուծման արագությունները բարձրացնելու համար։
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդացնող ծծմբազերծման տեխնոլոգիական սխեմա – 2 փուլ
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդացնող ծծմբազերծման առաջին փուլում ջրածնի պերօքսիդն օգտագործվում է որպես օքսիդիչ՝ հեղուկ վառելիքներում առկա ծծումբ պարունակող մոլեկուլները մեղմ պայմաններում ընտրողաբար օքսիդացնելու մինչև համապատասխան սուլֆօքսիդներ կամ սուլֆոններ, որպեսզի դրանց բևեռայնության մեծացմամբ բարձրացվի դրանց լուծելիությունը բևեռային լուծիչներում։ 
Այս փուլում բևեռային ջրային ֆազի և ոչ բևեռային օրգանական ֆազի փոխադարձ անլուծելիությունը զգալի խնդիր է օքսիդացնող ծծմբազերծման գործընթացում, քանի որ երկու ֆազերը միմյանց հետ ռեակցիայի մեջ են մտնում միայն միջֆազային սահմանին։ Առանց ուլտրաձայնի դա հանգեցնում է ռեակցիայի ցածր արագության և այս երկֆազ համակարգում ծծմբօրգանական միացությունների դանդաղ փոխարկման։
Նավթավերամշակման կայանքներին անհրաժեշտ է ծանր աշխատանքային պայմանների համար նախատեսված արդյունաբերական սարքավորում, որը հարմար է մեծ ծավալների շուրջօրյա՝ 24/7 մշակման համար։ Ձեռք բերեք Hielscher սարքավորում։
Ուլտրաձայնային էմուլգացում
Յուղային և ջրային ֆազերը խառնվում են և պոմպով մղվում ստատիկ խառնիչի մեջ՝ հաստատուն ծավալային հարաբերությամբ նախնական էմուլսիա ստանալու համար, որն այնուհետև տրվում է ուլտրաձայնային խառնման ռեակտորին։ Այնտեղ ուլտրաձայնային կավիտացիան առաջացնում է ուժեղ հիդրավլիկական սահքային ազդեցություն և ջրային ֆազը տրոհում ենթամիկրոնային ու նանոչափ կաթիլների։ Քանի որ ֆազերի սահմանի տեսակարար մակերեսն ազդում է քիմիական ռեակցիայի արագության վրա, կաթիլների տրամագծի այս զգալի նվազումը բարելավում է ռեակցիայի կինետիկան և նվազեցնում կամ վերացնում միջֆազային փոխանցման նյութերի անհրաժեշտությունը։ Ուլտրաձայնի կիրառմամբ պերօքսիդի ծավալային տոկոսը կարող է նվազեցվել, քանի որ ավելի մանրադիսպերս էմուլսիաներին անհրաժեշտ է ավելի փոքր ծավալ՝ յուղային ֆազի հետ շփման նույն մակերեսն ապահովելու համար։
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդացում
Ուլտրաձայնային կավիտացիան առաջացնում է ինտենսիվ տեղային տաքացում (~5000K), բարձր ճնշումներ (~1000atm), տաքացման և սառեցման հսկայական արագություններ (>109 K/sec) և հեղուկի շիթային հոսքեր (~1000 km/h)։ Այս չափազանց ռեակցունակ միջավայրում յուղային ֆազի թիոֆեններն ավելի արագ և ավելի ամբողջական են օքսիդանում մինչև ավելի բևեռային սուլֆօքսիդներ և սուլֆոններ։ Կատալիզատորները կարող են լրացուցիչ նպաստել օքսիդացման գործընթացին, սակայն դրանք պարտադիր չեն։ Ցույց է տրվել, որ ամֆիֆիլ էմուլսիոն կատալիզատորները կամ միջֆազային փոխանցման կատալիզատորները (PTC), օրինակ՝ չորրորդային ամոնիումային աղերը, որոնք ունեն ինչպես ջրային, այնպես էլ օրգանական հեղուկներում լուծվելու յուրահատուկ ունակություն, կարող են ասոցացվել օքսիդիչի հետ և այն միջֆազային սահմանային շերտից տեղափոխել ռեակցիոն ֆազ՝ այդպիսով բարձրացնելով ռեակցիայի արագությունը։ Դիզելային վառելիքների օքսիդացնող ծծմբազերծման արդյունավետությունը բարձրացնելու համար կարելի է ավելացնել Ֆենտոնի ռեագենտ, որը ուլտրաձայնային օքսիդացման մշակման հետ ցուցաբերում է լավ սիներգետիկ ազդեցություն։
Զանգվածափոխանակության ուժեղացում հզոր ուլտրաձայնով
Երբ ծծմբօրգանական միացությունները ռեակցիայի մեջ են մտնում ֆազերի սահմանին, սուլֆօքսիդներն ու սուլֆոնները կուտակվում են ջրային կաթիլի մակերեսին և խոչընդոտում այլ ծծմբային միացությունների փոխազդեցությանը ջրային ֆազում։ Կավիտացիոն շիթային հոսքերով և ակուստիկ հոսանքով առաջացած հիդրավլիկական սահքային ազդեցությունը հանգեցնում է տուրբուլենտ հոսքի և նյութի տեղափոխության կաթիլների մակերեսներից ու դեպի այդ մակերեսները՝ առաջացնելով կաթիլների կրկնվող միաձուլում և դրան հաջորդող նոր կաթիլների ձևավորում։ Ժամանակի ընթացքում օքսիդացման ընթացքին զուգահեռ ուլտրաձայնային մշակումը առավելագույնի է հասցնում ռեագենտների շփումն ու փոխազդեցությունը։
Սուլֆոնների էքստրակցիա միջֆազային փոխանցմամբ
Օքսիդացումից և ջրային ֆազից (H2O2) առանձնացումից հետո երկրորդ փուլում սուլֆոնները կարող են էքստրակցվել բևեռային լուծիչի, օրինակ՝ ացետոնիտրիլի միջոցով։ Իրենց ավելի բարձր բևեռայնության շնորհիվ սուլֆոնները երկու ֆազերի սահմանով կանցնեն լուծիչի ֆազ։ Առաջին փուլի նման՝ Hielscher-ի ուլտրաձայնային ռեակտորներն ուժեղացնում են հեղուկ–հեղուկ էքստրակցիան՝ յուղային ֆազում ստեղծելով լուծիչի ֆազի մանրադիսպերս տուրբուլենտ էմուլսիա։ Սա մեծացնում է ֆազերի շփման մակերեսը և հանգեցնում է էքստրակցիայի ու լուծիչի ծախսի նվազման։
Լաբորատոր փորձարկումներից մինչև փորձնական մասշտաբ և արտադրություն
Hielscher Ultrasonics-ն առաջարկում է սարքավորումներ՝ այս տեխնոլոգիան ցանկացած մասշտաբով փորձարկելու, ստուգելու և կիրառելու համար։ Ըստ էության, այն իրականացվում է ընդամենը 4 քայլով։
- Նավթը խառնեք H2O2-ի հետ և մշակեք ուլտրաձայնով՝ ծծմբային միացություններն օքսիդացնելու համար
- Ցենտրիֆուգեք՝ ջրային ֆազն առանձնացնելու համար
- Յուղային ֆազը խառնեք լուծիչի հետ և մշակեք ուլտրաձայնով՝ սուլֆոններն էքստրակցելու համար
- Ցենտրիֆուգեք՝ սուլֆոններ պարունակող լուծիչի ֆազն առանձնացնելու համար
Լաբորատոր մասշտաբում կարող եք օգտագործել UP200Ht՝ սկզբունքի կիրառելիությունը ցուցադրելու և հիմնական պարամետրերը կարգավորելու համար, օրինակ՝ պերօքսիդի կոնցենտրացիան, գործընթացի ջերմաստիճանը, ուլտրաձայնային մշակման տևողությունն ու ինտենսիվությունը, ինչպես նաև կատալիզատորի կամ լուծիչի օգտագործումը։
Լաբորատոր սեղանի վրա տեղադրվող սարքավորման մակարդակում հզոր ուլտրաձայնային մշակիչը, օրինակ՝ UIP1000hdT-ը կամ UIP2000hdT-ը, թույլ է տալիս անկախ կերպով մոդելավորել երկու փուլերը 100-ից մինչև 1000L/hr (25-ից մինչև 250 gal/hr) ծավալային հոսքի արագությունների դեպքում և օպտիմալացնել գործընթացի ու ուլտրաձայնային մշակման պարամետրերը։ Hielscher-ի ուլտրաձայնային սարքավորումները նախատեսված են փորձնական կամ արտադրական մասշտաբում մշակման ավելի մեծ ծավալների գծային մասշտաբավորման համար։ Ապացուցված է, որ Hielscher-ի կայանքները հուսալիորեն աշխատում են մեծածավալ գործընթացներում, ներառյալ վառելիքի վերամշակումը։ Hielscher-ն արտադրում է կոնտեյներային համակարգեր՝ մեր բարձր հզորության 10kW կամ 16kW սարքերից մի քանիսը միավորելով խմբերում՝ հեշտ ինտեգրման համար։ Հասանելի են նաև վտանգավոր միջավայրի պահանջներին համապատասխանող տարբերակներ։ Ստորև բերված աղյուսակում նշված են մշակման ծավալները և սարքավորումների առաջարկվող չափերը։
| Խմբաքանակի ծավալ | Ծավալային հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 5-ից մինչև 200mL | 50-ից մինչև 500mL/min | UP200Ht, UP400S |
| 0,1-ից մինչև 2L | 0,25-ից մինչև 2m3/hr | UIP1000hd, UIP2000hd |
| 0,4-ից մինչև 10L | 1-ից մինչև 8m3/hr | UIP4000 |
| n.a. | 4-ից մինչև 30m3/hr | UIP16000 |
| n.a. | ավելի քան 30m3/hr | սարքերի խումբ՝ UIP10000 կամ UIP16000 |
192 kW ընդհանուր հզորությամբ հզոր ուլտրաձայնային մշակիչներով կայանք՝ հում նավթերի ծծմբազերծման համար
- Թթվային էսթերացում
- Ալկալային վերաէսթերացում
- Ջրային վառելիքներ (ջուր/նավթ)
- Ծովային նավթային կայանքների նավթի սենսորների մաքրում
- Հորատման հեղուկների պատրաստում
Ուլտրաձայնային մշակման կիրառման առավելությունները
UAODS-ը զգալի առավելություններ է առաջարկում HDS-ի համեմատ։ Թիոֆենները, տեղակալված բենզո- և դիբենզոթիոֆենները օքսիդանում են ցածր ջերմաստիճանի և ճնշման պայմաններում։ Հետևաբար, թանկարժեք ջրածին չի պահանջվում, ինչն այս գործընթացն ավելի հարմար է դարձնում փոքր և միջին չափի նավթավերամշակման գործարանների կամ ջրածնատար խողովակաշարից հեռու գտնվող մեկուսացված նավթավերամշակման գործարանների համար։ Ռեակցիայի բարձրացված արագությունը և ռեակցիայի մեղմ ջերմաստիճանն ու ճնշումը թույլ են տալիս խուսափել թանկարժեք անջուր կամ ապրոտոնային լուծիչների օգտագործումից։
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդացնող ծծմբազերծման (UAODS) հանգույցի ինտեգրումը սովորական հիդրոմաքրման հանգույցի հետ կարող է բարձրացնել ծծմբի ցածր և/կամ գերճածր պարունակությամբ դիզելային վառելիքների արտադրության արդյունավետությունը։ Այս տեխնոլոգիան կարող է կիրառվել սովորական հիդրոմաքրումից առաջ կամ հետո՝ ծծմբի պարունակությունը նվազեցնելու համար։
UAODS գործընթացը կարող է գնահատված կապիտալ ծախսերը կրճատել ավելի քան կիսով չափ՝ համեմատած նոր բարձր ճնշման հիդրոմաքրման կայանքի արժեքի հետ։
Հիդրոծծմբազերծման (HDS) թերությունները
Թեև հիդրոծծմբազերծումը (HDS) թիոլների, սուլֆիդների և դիսուլֆիդների հեռացման բարձր արդյունավետությամբ գործընթաց է, դժվար է դժվարահեռացվող ծծումբ պարունակող միացությունների, օրինակ՝ դիբենզոթիոֆենի և դրա ածանցյալների (օրինակ՝ 4,6-dimethydibenzothiophene 4,6-DMDBT) պարունակությունը նվազեցնել մինչև գերճածր մակարդակ։ Բարձր ջերմաստիճանները, բարձր ճնշումները և ջրածնի մեծ սպառումը բարձրացնում են գերխոր ծծմբազերծման համար HDS-ի կապիտալ և շահագործման ծախսերը։ Բարձր կապիտալ և շահագործման ծախսերն անխուսափելի են։ Ծծմբի մնացորդային հետքային քանակները կարող են թունավորել ռիֆորմինգի և փոխարկման գործընթացում օգտագործվող ազնիվ մետաղների կատալիզատորները կամ վառելիքային բջիջների հավաքակազմերում օգտագործվող էլեկտրոդային կատալիզատորները։
Գրականություն / Հղումներ
- Jiyuan Fan, Aiping Chen, Saumitra Saxena, Sundaramurthy Vedachalam, Ajay K. Dalai, Wen Zhang, Abdul Hamid Emwas, William L. Roberts(2021): Ultrasound-assisted oxidative desulfurization of Arabian extra light oil (AXL) with molecular characterization of the sulfur compounds. Fuel, Volume 305, 2021.
- Zhilin Wu, Bernd Ondruschka (2010): Ultrasound-assisted oxidative desulfurization of liquid fuels and its industrial application. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 17, Issue 6, 2010. 1027-1032.
- Ashutosh Kumar Prajapati, Sunil Kumar Singh, Shashi Prakash Gupta, Ashutosh Mishra (2018): Desulphurization of Crude Oil by Ultrasound Integrated Oxidative Technology. IJSRD — International Journal for Scientific Research & Development, Vol. 6, Issue 02, 2018.
[/two_thirds_last]