Նավային վառելիքի ուլտրաձայնային ծծմբազերծում

Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդացնող ծծմբազերծման (UAOD) հետազոտության արդյունքները

Prajapati և համահեղինակներ (2018)՝ Հում նավթի ծծմբազերծում ուլտրաձայնը ներառող օքսիդացնող տեխնոլոգիայով։ IJSRD – Գիտական հետազոտությունների և մշակումների միջազգային ամսագիր, հատոր 6, համար 02, 2018։
Prajapati և համահեղինակները (2018) նկարագրում են Hielscher ուլտրաձայնային ռեակտորի առավելությունները ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդացմամբ ծծմբազերծման (UAOD) համար։ UAOD տեխնոլոգիան դարձել է ավանդական հիդրոմշակման կենսունակ այլընտրանք։ Վերջինիս կիրառումը դժվարացնում են զգալի ներդրումային և շահագործման ծախսերը՝ պայմանավորված բարձր ճնշման և բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում աշխատող հիդրոծծմբազերծման սարքավորումներով, կաթսաներով, ջրածնի արտադրության կայանքներով և ծծմբի կորզման հանգույցներով։ Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդացմամբ ծծմբազերծումը թույլ է տալիս ծծմբի խորքային հեռացման գործընթացն իրականացնել շատ ավելի մեղմ պայմաններում, ավելի արագ, ավելի անվտանգ և շատ ավելի տնտեսապես։
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդացմամբ ծծմբազերծման (UAOD) գործընթացը կիրառվել է դիզելային վառելիքի և նավթամթերքային հումքի նկատմամբ, որոնք պարունակում էին մոդելային ծծմբային միացություններ (բենզոթիոֆեն, դիբենզոթիոֆեն և դիմեթիլդիբենզոթիոֆեն)։ Ուսումնասիրվել է օքսիդիչի քանակի, էքստրակցիայի փուլի համար լուծիչի ծավալի, ուլտրաձայնային մշակման տևողության և ջերմաստիճանի ազդեցությունը (UIP1000hdT, 20 kHz, 750 W, 40% աշխատանքային մակարդակով)։ UAOD գործընթացի օպտիմալացված պայմաններում նավթամթերքային հումքի մոդելային միացությունների համար ձեռք է բերվել ծծմբի մինչև 99% հեռացում՝ կիրառելով հետևյալ մոլային հարաբերակցությունը՝ H₂O₂:քացախաթթու:ծծումբ՝ 64:300:1, 90ºC ջերմաստիճանում 9min ուլտրաձայնային մշակումից հետո, որին հաջորդել է մեթանոլով էքստրակցիան (լուծիչի և վառելիքի օպտիմալացված հարաբերակցությունը՝ 0,36)։ Ռեագենտի նույն քանակի և 9 min ուլտրաձայնային մշակման դեպքում դիզելային վառելիքի նմուշներից ծծմբի հեռացումը գերազանցել է 75%։
Ուլտրաձայնային բարձր ամպլիտուդների կարևորությունը
Առևտրային մասշտաբով նավթի օքսիդացմամբ ծծմբազերծման ուլտրաձայնային ինտենսիվացումը պահանջում է արդյունաբերական չափերի հոսքային ուլտրաձայնային պրոցեսորի օգտագործում, որը կարող է պահպանել մոտ 80 – 100 միկրոմետր տատանման բարձր ամպլիտուդներ։ Ամպլիտուդներն անմիջականորեն կապված են ուլտրաձայնային կավիտացիայի առաջացրած սահքի ուժերի ինտենսիվության հետ և արդյունավետ խառնման համար պետք է պահպանվեն բավականաչափ բարձր մակարդակում։
Prajapati և համահեղինակների կատարած փորձերը ցույց են տալիս, որ ուլտրաձայնային մշակումն ուժեղացնում է ծծմբազերծման ռեակցիան։ Ծծմբազերծման արդյունավետությունը կազմել է մոտ 93,2% բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնի կիրառման դեպքում։

Shayegan և համահեղինակներ (2013)՝ Գազոյլից ծծմբի հեռացումը ուլտրաձայնի օժանդակությամբ կատալիտիկ օքսիդացման գործընթացով և դրա օպտիմալ պայմանների ուսումնասիրությունը։ Korean Journal of Chemical Engineering 30(9), September 2013. 1751–1759.
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդացմամբ ծծմբազերծման գործընթացը (UAOD) կիրառվել է ծծմբի տարբեր տեսակի պարունակությամբ գազոյլում ծծմբային միացությունների քանակը նվազեցնելու համար։ Բնապահպանական կանոնակարգը պահանջում է շատ խորքային ծծմբազերծում՝ ծծմբային միացությունները վերացնելու համար։ UAOD խոստումնալից տեխնոլոգիա է՝ ավելի ցածր շահագործման ծախսերով, ավելի բարձր անվտանգությամբ և շրջակա միջավայրի ավելի բարձր պաշտպանությամբ։ Առաջին անգամ սովորաբար կիրառվող միջֆազային փոխանցման գործակալը (տետրաօկտիլամոնիումի բրոմիդ) փոխարինվել է իզոբութանոլով, քանի որ իզոբութանոլի օգտագործումը շատ ավելի տնտեսապես շահավետ է, քան TOAB, և որևէ աղտոտում չի առաջացնում։ Ռեակցիան իրականացվել է օպտիմալ կետում՝ տարբեր ջերմաստիճաններում, մեկ, երկու և երեք փուլով ընթացակարգերով՝ ուսումնասիրելով H₂O₂ քանակի աստիճանական ավելացման և TOAB իզոբութանոլի փոխարեն օգտագործելու ազդեցությունը։ Յուղային ֆազում ծծմբի ընդհանուր կոնցենտրացիան վերլուծվել է ASTM-D3120 մեթոդով։ 9 500 mg/kg ծծումբ պարունակող գազոյլի համար ամենաբարձր հեռացումը՝ մոտ 90%, ձեռք է բերվել երեք փուլով՝ գործընթացի 17 րոպեի ընթացքում, 62±2°C ջերմաստիճանում, երբ օգտագործվել է 180,3 mmol H₂O₂ և էքստրակցիան իրականացվել է մեթանոլով։

Akbari և համահեղինակներ (2014)՝ Մոդելային դիզելային վառելիքի օքսիդացմամբ ծծմբազերծման ժամանակ գործընթացի փոփոխականների և կիրառվող ուլտրաձայնի ինտենսիվացնող ազդեցությունների ուսումնասիրությունը՝ կիրառելով MoO₃/Al₂O₃ կատալիզատոր։ Ultrasonics Sonochemistry 21(2), March 2014. 692–705.
Նոր տարասեռ սոնոկատալիտիկ համակարգ՝ բաղկացած MoO₃/Al₂O₃ կատալիզատորից և H₂O₂ միացությունից, ուսումնասիրվել է ուլտրաձայնային մշակման հետ համակցված՝ դիզելային վառելիքի մոդելային ծծմբային միացությունների օքսիդացումը բարելավելու և արագացնելու նպատակով, ինչը հանգեցրել է գործընթացի արդյունավետության զգալի բարձրացման։ Ուլտրաձայնի ազդեցությունը կատալիզատորի հատկությունների, ակտիվության և կայունության վրա մանրամասն ուսումնասիրվել է GC-FID, PSD, SEM և BET մեթոդներով։ 1000 μg/g ծծումբ պարունակող մոդելային դիզելային վառելիքում DBT միացության ավելի քան 98% փոխարկման աստիճան է ստացվել ուլտրաձայնի օժանդակությամբ ծծմբազերծման նոր եղանակով, երբ H₂O₂/ծծումբ մոլային հարաբերակցությունը 3 էր, ջերմաստիճանը՝ 318 K, իսկ կատալիզատորի չափաքանակը՝ 30 g/L, ռեակցիայի 30 min ընթացքից հետո՝ ի տարբերություն առանց ուլտրաձայնի գործընթացում ստացված 55% փոխարկման աստիճանի։ Այս բարելավման վրա զգալիորեն ազդել են աշխատանքային պարամետրերը և կատալիզատորի հատկությունները։ Գործընթացի հիմնական փոփոխականների ազդեցություններն ուսումնասիրվել են արձագանքի մակերևույթի մեթոդաբանությամբ՝ առանց ուլտրաձայնի գործընթացը համեմատելով ուլտրաձայնային մշակման հետ։ Ուլտրաձայնն ապահովել է կատալիզատորի և օքսիդիչի լավ դիսպերսում՝ յուղային ֆազում ջրածնային կապերի խզման և դրանց ապագլոմերացման միջոցով։ Կատալիզատորի մակերևույթին խառնուկների նստեցումն առանց ուլտրաձայնի փորձերում առաջացրել է արագ ապաակտիվացում, ինչի հետևանքով վերաօգտագործված կատալիզատորով առանց ուլտրաձայնի ռեակցիայի 6 ցիկլից հետո օքսիդացվել է DBT միացության միայն 5%-ը։ Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ 6 ցիկլից հետո օքսիդացվել է DBT միացության ավելի քան 95%-ը՝ ցույց տալով կայունության մեծ բարելավում՝ ուլտրաձայնային մշակման ընթացքում մակերևույթի մաքրման շնորհիվ։ 3h ուլտրաձայնային մշակումից հետո նկատվել է նաև մասնիկների չափի զգալի նվազում, ինչը կարող էր ապահովել կատալիզատորի ավելի լավ դիսպերսում մոդելային վառելիքում։

Afzalinia և համահեղինակներ (2016): Հեղուկ վառելիքի՝ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդատիվ ծծմբազերծման գործընթացը՝ որպես կատալիզատոր օգտագործելով փոխներթափանցող, ամինային խմբերով ֆունկցիոնալացված, Zn(II) հիմքով մետաղաօրգանական կառուցվածքում (MOF) ներփակված ֆոսֆովոլֆրամական թթու. Ultrasonics Sonochemistry 2016
Այս աշխատանքում հեղուկ վառելիքների՝ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդատիվ ծծմբազերծումը (UAOD) կատարվել է նոր տարասեռ, բարձր դիսպերսվածությամբ Կեգինի տիպի ֆոսֆովոլֆրամական թթվի (H₃PW₁₂O₄₀, PTA) կատալիզատորով, որը ներփակված էր ամինախմբերով ֆունկցիոնալացված մետաղաօրգանական կառուցվածքում՝ MOF (TMU-17 -NH2)։ Պատրաստված կոմպոզիտը մոդելային վառելիքի օքսիդատիվ ծծմբազերծման ժամանակ ցուցաբերում է բարձր կատալիտիկ ակտիվություն և կրկնակի օգտագործման հնարավորություն։ Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ օքսիդատիվ ծծմբազերծումը (UAOD) ծծումբ պարունակող միացությունների օքսիդացման ռեակցիան մեղմ պայմաններում արագ, տնտեսապես շահավետ, շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ և անվտանգ եղանակով իրականացնելու նոր միջոց է։ Ուլտրաձայնային ալիքները կարող են կիրառվել որպես արդյունավետ գործիք՝ ռեակցիայի տևողությունը կրճատելու և օքսիդատիվ ծծմբազերծման համակարգի արդյունավետությունը բարելավելու համար։ PTA@TMU-17-NH2 կատալիզատորը կարողացել է ապահովել մոդելային յուղի ամբողջական ծծմբազերծում՝ կատալիզատորի 20 mg չափաքանակով, O/S մոլային 1:1 հարաբերությամբ և որպես էքստրակցիոն լուծիչ MeCN օգտագործելու պայմաններում։ Ստացված արդյունքները ցույց են տվել, որ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում 15 min հետո DBT միացությունից DBTO2 փոխարկման աստիճանը հասնում է 98%-ի։ Այս աշխատանքում մենք առաջին անգամ ուլտրաձայնային ճառագայթմամբ պատրաստել ենք TMU-17-NH2 և PTA/TMU-17-NH2 կոմպոզիտը և կիրառել UAOD գործընթացում։ Պատրաստված կատալիզատորը ցուցաբերում է կրկնակի օգտագործման գերազանց հնարավորություն՝ առանց PTA բաղադրիչի տարրալվացման և ակտիվության կորստի։