Ultrasonically Membantu Oksidatif Desulfurization (UAODS)

Senyawa yang mengandung belerang dalam minyak mentah, minyak bumi, solar, dan bahan bakar minyak lainnya termasuk sulfida, tiol, tiofena, benzo- dan dibenzothiophenes tersubstitusi (BT dan DBT), benzonaphthothiophene (BNT), dan banyak lagi molekul kompleks, di mana tiofena kental adalah bentuk yang paling umum. Reaktor ultrasonik Hielscher membantu proses desulfurisasi dalam oksidatif yang diperlukan untuk memenuhi peraturan lingkungan yang ketat saat ini dan spesifikasi diesel sulfur ultra-rendah (ULSD, sulfur 10ppm).

Oksidatif Desulfurization (ODS)

Desulfurisasi oksidatif dengan hidrogen peroksida dan ekstraksi pelarut berikutnya adalah teknologi desulfurisasi dalam dua tahap untuk mengurangi jumlah senyawa organosulfur dalam minyak bahan bakar. Reaktor ultrasonik Hielscher digunakan pada kedua tahap untuk memperbaiki kinetika reaksi transfer fase dan laju pelarutan dalam sistem fase cair-cair.

Flowchart untuk Ultrasonikasi membantu Oksidatif Desulfurisasi – 2 Tahap

Pada tahap pertama desulfurisasi oksidatif dibantu ultrasonik, hidrogen peroksida digunakan sebagai oksidan untuk secara selektif mengoksidasi molekul yang mengandung belerang, yang ada dalam minyak bahan bakar ke sulfoksida atau sulfonnya yang sesuai dalam kondisi ringan untuk meningkatkan kelarutannya di pelarut polar dengan peningkatan polaritasnya. Pada tahap ini, ketidakterbatasan fasa air polar dan fasa organik nonpolar merupakan masalah yang signifikan dalam proses desulfurisasi oksidatif karena kedua fase bereaksi satu sama lain hanya pada interphase.Tanpa ultrasonik, ini menghasilkan laju reaksi rendah dan konversi organosulfur yang lambat dalam sistem dua fasa ini.

Teknologi emulsifikasi ultrasonik

Fase oli dan fase air dicampur dan dipompa ke dalam mixer statis untuk menghasilkan emulsi dasar dengan rasio volumetrik konstan yang kemudian diumpankan ke reaktor pencampuran ultrasonik. Di sana, kavitasi ultrasonik menghasilkan geser hidrolik tinggi dan memecah fase berair menjadi tetesan sub-mikron dan nanosize. Karena luas permukaan spesifik dari batas fase berpengaruh pada laju reaksi kimia, pengurangan diameter tetesan yang signifikan ini meningkatkan kinetika reaksi dan mengurangi atau menghilangkan kebutuhan akan agen transfer fase. Dengan menggunakan ultrasonik, persentase volume peroksida dapat diturunkan, karena emulsi yang lebih halus membutuhkan lebih sedikit volume untuk memberikan permukaan kontak yang sama dengan fase oli.

Ultrasonikasi Membantu Oksidasi

Ultrasonic cavitation menghasilkan pemanasan lokal yang intens (~ 5000K), tekanan tinggi (~ 1000atm), pemanasan dan pendinginan yang luar biasa (>10⁹ K / detik), dan aliran jet cair (~ 1000 km / jam). Lingkungan yang sangat reaktif ini mengoksidasi thiophenes dalam fase minyak lebih cepat dan lebih lengkap menjadi polar sulfoksida dan sulfon yang lebih besar. Katalis dapat lebih mendukung proses oksidasi namun tidak penting. Katalis emulsi amfiphilik atau fasa pemindahan katalis (PTC), seperti garam ammonium kuartener dengan kemampuan uniknya untuk larut dalam cairan berair dan organik telah ditunjukkan untuk digabungkan dengan oksidan dan memindahkannya dari fasa interface ke fase reaksi, dengan demikian meningkatkan laju reaksi. Reagen Fenton dapat ditambahkan untuk meningkatkan efisiensi desulfurisasi oksidatif untuk bahan bakar diesel dan ini menunjukkan efek sinergis yang baik dengan pemrosesan sono-oksidasi.

Transfer Massa yang Ditingkatkan dengan Power-Ultrasound

Bila senyawa organosulfur bereaksi pada fasa batas, sulfoksida dan sulfat terakumulasi pada permukaan tetesan berair dan lepaskan senyawa sulfur lainnya agar tidak berinteraksi pada fase berair. Lengan hidrolik yang disebabkan oleh aliran jet kavitis dan arus akustik menghasilkan aliran turbulen dan transportasi material dari dan ke permukaan tetesan dan menyebabkan koalesensi berulang dan pembentukan tetesan baru berikutnya. Seiring degan waktu saat oksidasi berlangsung, sonikasi memaksimalkan eksposur dan interaksi reagen

Fase Transfer Ekstraksi Sulfones

Setelah oksidasi dan pemisahan dari fase berair (H2O2), sulfon dapat diekstraksi menggunakan pelarut polar, seperti asetonitril pada tahap kedua. Sulfon akan berpindah pada batas fase antara kedua fase ke fase pelarut untuk polaritasnya yang lebih tinggi. Sama seperti pada tahap pertama, reaktor ultrasonik Hielscher meningkatkan ekstraksi cair-cair dengan membuat emulsi turbulen ukuran halus dari fase pelarut dalam fase minyak. Ini meningkatkan permukaan kontak fase dan menghasilkan ekstraksi dan mengurangi penggunaan pelarut.

Dari Lab Pengujian untuk Skala Pilot dan Produksi

Hielscher Ultrasonics menawarkan peralatan untuk menguji, memverifikasi dan teknologi ini dapat digunakan pada skala apapun. Pada dasarnya hal ini dilakukan tanya dalam 4 langkah.

1. Campur minyak dengan H2O2 dan sonicate untuk mengoksidasi senyawa belerang
2. Centrifuge untuk memisahkan fasa air
3. Fase campuran minyak dengan pelarut dan sonikasi untuk mengekstrak sulfones
4. Centrifuge untuk memisahkan fase pelarut dengan sulfones

Pada skala lab, Anda dapat menggunakan UP200Ht untuk menunjukkan konsep dan untuk menyesuaikan parameter dasar, seperti konsentrasi peroksida, proses suhu, waktu untuk sonikasi, intensitas serta penggunaan katalis atau pelarut.
Pada tingkat bench-top, sonicator yang kuat seperti UIP1000hdT atau UIP2000hdT memungkinkan untuk mensimulasikan kedua tahap secara independen pada laju aliran dari 100 hingga 1000L / jam (25 hingga 250 gal / jam) dan untuk mengoptimalkan parameter proses dan sonikasi. Peralatan ultrasonik Hielscher dirancang untuk peningkatan skala linier ke volume pemrosesan yang lebih besar pada skala percontohan atau produksi. Instalasi Hielscher terbukti bekerja dengan andal untuk proses volume tinggi, termasuk pemurnian bahan bakar. Hielscher memproduksi sistem kontainer, menggabungkan beberapa perangkat 10kW atau 16kW berdaya tinggi kami ke dalam kluster untuk integrasi yang mudah. Desain untuk memenuhi persyaratan lingkungan berbahaya juga tersedia. Tabel di bawah ini mencantumkan volume pemrosesan dan ukuran peralatan yang direkomendasikan.

Sistem pencampuran ultrasonik – 2 Helai 6x10kW (2x120m³/ hr)

Manfaat Menggunakan Ultrasonikasi

UAODS menawarkan manfaat yang signifikan dibandingkan dengan HDS. Thiophenes, pengganti benzo - dan dibenzothiophenes teroksidasi pada kondisi suhu dan tekanan rendah. Oleh karena itu, hidrogen mahal tidak diperlukan membuat proses ini lebih cocok untuk ukuran penyulingan yang kecil dan menengah, atau kilang yang terisolasi tidak terletak dekat dengan pipa hidrogen. Laju reaksi meningkat dan suhu serta reaksi tekanan menghindari penggunaan pelarut aprotik anhidrat yang mahal.
Mengintegrasikan unit desulfurisasi oksidatif yang dibantu ultrasonik dengan unit hydrotreating konvensional dapat meningkatkan efisiensi dalam memproduksi bahan bakar diesel sulfur rendah dan / atau ultra-rendah. Teknologi ini dapat digunakan sebelum atau sesudah hydrotreatement konvensional untuk menurunkan kadar sulfur.
Proses UAODS dapat menurunkan perkiraan biaya modal lebih dari separuh bila dibandingkan dengan biaya hydrotreater tekanan tinggi baru.

Kerugian dari Hidrodesulfurisasi (HDS)

Sementara hidrodesulfurisasi (HDS) adalah proses yang sangat efisien untuk menghilangkan thiols, sulfida dan disulfides, sangat sulit untuk menghapus refrakter belerang yang mengandung senyawa seperti dibenzothiophene dan turunannya (misalnya 4,6-dimethydibenzothiophene 4,6-DMDBT) ke tingkat yang sangat rendah. Suhu tinggi, tekanan tinggi dan konsumsi tinggi hidrogen menaikkan modal dan biaya operasional dari HDS untuk desulfurization ultra mendalam. Modal yang tinggi dan biaya operasional yang tak terelakkan. Jejak kadar belerang yang tersisa dapat meracuni katalis logam mulia yang digunakan dalam proses membentuk kembali dan mengubah atau katalis elektroda yang digunakan dalam tumpukan sel bahan bakar.