Desulfurisasi Bahan Bakar Laut Ultrasonik
- Bahan bakar laut dipengaruhi oleh peraturan baru, yang mensyaratkan kandungan belerang 0,5%m/m atau kurang.
- Desulfurisasi oksidatif berbantuan ultrasound (UAOD) adalah metode mapan yang mempercepat reaksi oksidasi dan merupakan proses yang ekonomis dan aman.
- Proses UAOD dapat dijalankan pada suhu sekitar dan tekanan atmosfer dan memungkinkan penghilangan selektif senyawa belerang dari bahan bakar hidrokarbon.
- Sistem ultrasonik berkinerja tinggi Hielscher mudah dipasang dan aman untuk dioperasikan di atas kapal atau di darat.
Bahan Bakar Laut Sulfur Rendah
Organisasi Maritim Internasional (IMO) telah menerapkan peraturan baru di mana kapal laut di seluruh dunia diwajibkan menggunakan bahan bakar laut dengan kandungan sulfur 0,5%m/m mulai Januari 2020. Peraturan baru ini menuntut perubahan besar dalam pemrosesan bahan bakar laut: Untuk memenuhi norma-norma baru untuk bahan bakar rendah sulfur, diperlukan proses desulfurisasi yang efisien.
Desulfurisasi oksidatif berbantuan ultrasonik (UAOD) bahan bakar hidrokarbon cair seperti bensin, nafta, solar, bahan bakar laut, dll. adalah metode yang sangat efisien dan layak untuk menghilangkan belerang dari aliran bahan bakar berat dalam jumlah besar.
Diagram alur desulfurisasi oksidatif ultrasonik 2 tahap
Desulfurisasi oksidatif
Desulfurisasi oksidatif (ODS) adalah alternatif yang ramah lingkungan dan ekonomis untuk hidrodesulfurisasi (HDS) karena senyawa belerang teroksidasi dapat secara signifikan lebih mudah dipisahkan dari bahan bakar minyak berat. Setelah langkah desuphurisasi oksidatif, senyawa belerang yang diekstraksi dipisahkan dengan metode fisik, misalnya menggunakan pelarut polar yang tidak larut dan gravitasi, adsorpsi atau pemisahan sentrifugal berikutnya. Atau, dekomposisi termal dapat digunakan untuk menghilangkan belerang teroksidasi.
Untuk reaksi desulfurisasi oksidatif, oksidan (misalnya, hidrogen H2O2, natrium klorit NaClO2, dinitrogen oksida N2O, natrium periodat NaIO4), katalis (misalnya, asam) serta reagen transfer fase diperlukan. Reagen transfer fase membantu mempromosikan reaksi heterogen antara fase berair dan minyak, yang merupakan langkah pembatas laju dari reaksi ODS.
- Sangat efisien – desulfurisasi hingga 98%
- Ekonomis: investasi rendah, biaya operasional rendah
- Tidak ada keracunan katalis
- Peningkatan skala linier yang mudah
- Aman untuk Dioperasikan
- Darat & Instalasi lepas pantai (onboard)
- ROI Cepat
Desulfurisasi Oksidatif Berbantuan Ultrasonik
Sementara hidrodesulfurisasi (HDS) membutuhkan biaya investasi yang lebih tinggi, suhu reaksi tinggi hingga 400ºC, dan tekanan tinggi hingga 100atm di reaktor, proses desulfurisasi oksidatif berbantuan ultrasound (UAOD) jauh lebih nyaman, efisien, dan lebih ramah lingkungan. UAOD sangat meningkatkan reaktivitas penghilangan belerang katalitik dan menawarkan pada saat yang sama biaya pengoperasian yang lebih rendah, keamanan yang lebih tinggi, dan perlindungan lingkungan. Sistem reaktor aliran ultrasonik industri meningkatkan laju desulfurisasi karena dispersi yang sangat efektif dan dengan demikian meningkatkan kinetika reaksi. Karena pemrosesan ultrasonik memberikan dispersi skala nano, perpindahan massa antara fase yang berbeda dalam reaksi heterogen meningkat secara drastis.
Ultrasonik (akustik) Kavitasi meningkatkan laju reaksi dan perpindahan massa dengan kondisi ekstrem, yang dicapai di dalam titik panas kavitasi. Selama ledakan gelembung kavitasi, suhu yang sangat tinggi sekitar 5.000K, laju pendinginan yang sangat cepat, tekanan sekitar 2.000atm dan karenanya perbedaan suhu dan tekanan ekstrem tercapai secara lokal. Ledakan gelembung kavitasi juga menghasilkan jet cair dengan kecepatan hingga 280m/dtk, yang menciptakan gaya geser yang sangat tinggi. Kekuatan mekanis yang luar biasa ini mempercepat waktu reaksi oksidasi dan meningkatkan efisiensi konversi belerang dalam hitungan detik.
Penghapusan Belerang Lebih Lengkap
Sementara merkaptan, tioeter, sulfida dan disulfida dapat dihilangkan dengan proses hidrodesulfurisasi konvensional (HDS), untuk menghilangkan tiofena, benzothiophens (BT), dibenzothiophenes (DBT) dan 4,6-dimethyldibenzothiophenes (4,6-DMDBT) diperlukan metode yang lebih canggih. Desulfurisasi oksidatif ultrasonik sangat efektif dalam hal penghilangan senyawa tahan api belerang yang hampir tidak dapat dilepas (misalnya, 4,6-dimethyldibenzothiophene dan turunan thiophene tersubstitusi alkil lainnya). Ebrahimi et al. (2018) melaporkan a efisiensi desulfurisasi hingga 98,25% menggunakan sonoreaktor Hielscher Dioptimalkan untuk menghilangkan belerang. Selain itu, senyawa belerang yang teroksidasi secara ultrasonik dapat dipisahkan melalui pencucian air dasar.
Pengaruh proses UAOD multi-langkah pada parameter optimal
Uji Kelayakan Desulfurisasi Ultrasonik dengan UP400S
Shayegan et al. 2013 ultrasonikasi gabungan (UP400S) dengan hidrogen peroksida sebagai oksidan, FeSO sebagai katalis, asam asetat sebagai pengatur pH dan metanol sebagai pelarut ekstraksi untuk mengurangi jumlah belerang minyak gas.
Konstanta laju reaksi selama desulfurisasi oksidatif dapat sangat ditingkatkan dengan menambahkan ion logam sebagai katalis dan menggunakan sonikasi. Energi ultrasound dapat mengurangi energi aktivasi reaksi. Perlakuan ultrasonikasi mematahkan lapisan batas antara katalis padat dan reagen dan memberikan campuran katalis dan reagen yang homogen – meningkatkan dengan demikian kinetika reaksi.
Proses ekstraksi belerang merupakan langkah penting selama desulfurisasi dengan tujuan untuk memulihkan total volume minyak gas desulfurisasi. Menggunakan ekstraksi cair-cair menggunakan metanol sebagai pelarut adalah proses ekstraksi sederhana, tetapi untuk memastikan efisiensi tinggi, pencampuran fase yang tidak dapat bercampur secara efisien sangat penting. Hanya ketika antarmuka maksimum dan selanjutnya transfer massa maksimum terjadi di antara fase, tingkat ekstraksi yang tinggi tercapai. Ultrasonikasi dan pembangkitan kavitasi akustik memberikan pencampuran intens fase reaktan dan menurunkan energi aktivasi reaksi.
Unit Ultrasonik Kinerja Tinggi untuk Desulfurisasi Bahan Bakar Laut
Hielscher Ultrasonics adalah pemimpin pasar sistem ultrasonik daya tinggi untuk aplikasi yang menuntut seperti UAOD pada skala industri. Amplitudo tinggi hingga 200μm, operasi 24/7 di bawah beban penuh dan tugas berat, kekokohan dan keramahan pengguna adalah fitur utama ultrasonicator Hielscher. Sistem ultrasonik dari kelas daya yang berbeda dan berbagai aksesori seperti sonotrode dan geometri reaktor aliran memungkinkan adaptasi sistem ultrasonik yang paling sesuai dengan bahan bakar, kapasitas pemrosesan, dan lingkungan spesifik Anda.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:
| Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat |
|---|---|---|
| 10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP400St |
| 0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
| n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Prosesor ultrasonik berdaya tinggi dari laboratorium hingga skala percontohan dan industri.
Literatur / Referensi
- Ebrahimi, S.L.; Khosravi-Nikou, M.R.; Hashemabadi, S.H. (2018): Sonoreactor optimization for ultrasound assisted oxidative desulfurization of liquid hydrocarbon. Petroleum Science and Technology Vol. 36, Issue 13, 2018.
- Prajapati, A.K.; Singh, S.K.; Gupta, S.P.; Mishra, A. (2018): Desulphurization of Crude Oil by Ultrasound Integrated Oxidative Technology. IJSRD – International Journal for Scientific Research & Development Vol. 6, Issue 02, 2018.
- Shayegan, Z.; Razzaghi, M.; Niaei, A.; Salari, D.; Tabar, M.T.S.; Akbari, A.N. (2013): Sulfur removal of gas oil using ultrasound-assisted catalytic oxidative process and study of its optimum conditions. Korean J. Chem. Eng., 30(9), 2013. 1751-1759.
- Štimac, A.; Ivančević, B.; Jambrošić, K. (2001): Characterization of Ultrasonic Homogenizers for Shipbuilding Industry.
Hasil Penelitian tentang Ultrasonically-Assisted Oxidative Desulphurization (UAOD)
Prajapati dkk. (2018): Desulfurisasi Minyak Mentah dengan Teknologi Oksidatif Terintegrasi Ultrasound. IJSRD – Jurnal Internasional untuk Penelitian Ilmiah & Pengembangan Vol. 6, Edisi 02, 2018.
Prajapati et al. (2018) menjelaskan manfaat reaktor ultrasonik Hielscher untuk desulfurisasi oksidatif berbantuan ultrasound (UAOD). UAOD telah menjadi teknologi alternatif yang layak untuk hydrotreating tradisional, yang terganggu oleh investasi dan biaya operasional yang signifikan karena peralatan hidrodesulfurisasi bertekanan tinggi dan suhu tinggi, boiler, pabrik hidrogen, dan unit pemulihan belerang. Desulfurisasi oksidatif berbantuan ultrasound memungkinkan melakukan proses untuk menghilangkan belerang secara mendalam dalam kondisi yang jauh lebih ringan, lebih cepat, lebih aman, dan jauh lebih ekonomis.
Proses desulfurisasi oksidatif berbantuan ultrasound (UAOD) diterapkan pada minyak diesel dan bahan baku produk minyak bumi yang mengandung senyawa belerang model (benzothiophene, dibenzothiophene dan dimethyldibenzothiophene). Pengaruh jumlah oksidan, volume pelarut untuk langkah ekstraksi, waktu dan suhu perawatan ultrasound (UIP1000hdT, 20 kHz, 750 W, beroperasi pada 40%) diselidiki. Dengan menggunakan kondisi yang dioptimalkan untuk UAOD, penghilangan belerang hingga 99% dicapai untuk senyawa model dalam bahan baku produk minyak bumi menggunakan proporsi molar untuk H2O2: asam asetat: belerang 64: 300: 1, setelah 9 menit perawatan ultrasound pada 90ºC, diikuti dengan ekstraksi dengan metanol (rasio pelarut dan minyak yang dioptimalkan 0,36). Dengan menggunakan jumlah reagen yang sama dan 9 menit ultrasound, penghilangan belerang lebih tinggi dari 75% untuk sampel minyak diesel.
Pentingnya Amplitudo Ultrasonik Tinggi
Intensifikasi ultrasonik desulfurisasi oksidatif skala komersial minyak mentah memerlukan penggunaan prosesor ultrasonik flow-through ukuran industri yang mampu mempertahankan amplitudo getaran tinggi sekitar 80 – 100 mikrons. Amplitudo berhubungan langsung dengan intensitas gaya geser yang dihasilkan kavitasi ultrasonik dan harus dipertahankan pada tingkat yang cukup tinggi agar pencampuran menjadi efisien.
Eksperimen yang dilakukan oleh Prajapati et al. menunjukkan bahwa ultrasonication meningkatkan reaksi desulfurisasi. Efisiensi desulfurisasi sekitar 93,2% ketika ultrasound berkinerja tinggi diterapkan.
Shayegan dkk. (2013): Penghilangan belerang minyak gas menggunakan proses oksidatif katalitik berbantuan ultrasound dan studi kondisi optimalnya. Jurnal Teknik Kimia Korea 30(9), September 2013. 1751-1759.
Proses desulfurisasi oksidatif berbantuan ultrasound (UAOD) diterapkan untuk mereduksi senyawa belerang minyak gas yang mengandung berbagai jenis kandungan belerang. Peraturan lingkungan membutuhkan desulfurisasi yang sangat dalam untuk menghilangkan senyawa belerang. UAOD adalah teknologi yang menjanjikan dengan biaya pengoperasian yang lebih rendah dan keselamatan dan perlindungan lingkungan yang lebih tinggi. Untuk pertama kalinya agen transfer fase tipikal (tetraoktil-ammonium-bromida) diganti dengan isobutanol karena menggunakan isobutanol jauh lebih ekonomis daripada TOAB, tidak menimbulkan kontaminasi. Reaksi dilakukan pada titik optimal dengan berbagai suhu, dalam prosedur tunggal, dua dan tiga langkah, menyelidiki efek peningkatan H secara bertahap2O2 dan TOAB digunakan sebagai pengganti isobutanol. Konsentrasi belerang total dalam fase oli dianalisis dengan metode ASTM-D3120. Penghapusan tertinggi sekitar 90% untuk minyak gas yang mengandung 9.500 mg/kg belerang dicapai dalam tiga langkah selama 17 menit proses pada 62±2°C ketika 180,3 mmol H2O2 digunakan dan ekstraksi dilakukan dengan metanol.
Akbari dkk. (2014): Investigasi variabel proses dan efek intensifikasi ultrasound yang diterapkan dalam desulfurisasi oksidatif model diesel di atas MoO3/Al2O3 katalisator. Ultrasonik Sonokimia 21(2), Maret 2014. 692–705.
Sistem sonokatalitik heterogen baru yang terdiri dari MoO3/Al2O3 katalis dan H2O2 Dikombinasikan dengan ultrasonikasi dipelajari untuk meningkatkan dan mempercepat oksidasi model senyawa belerang diesel, menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam efisiensi proses. Pengaruh ultrasound pada sifat, aktivitas dan stabilitas katalis dipelajari secara rinci melalui teknik GC-FID, PSD, SEM dan BET. Di atas 98% konversi DBT dalam model diesel yang mengandung 1000 μg/g belerang diperoleh dengan desulfurisasi berbantuan ultrasound baru pada H2O2/rasio molar belerang 3, suhu 318 K dan dosis katalis 30 g/L setelah reaksi 30 menit, bertentangan dengan konversi 55% yang diperoleh selama proses diam. Peningkatan ini sangat dipengaruhi oleh parameter operasi dan sifat katalis. Efek variabel proses utama diselidiki menggunakan metodologi permukaan respons dalam proses senyap dibandingkan dengan ultrasonikasi. Ultrasound memberikan dispersi katalis dan oksidan yang baik dengan memutuskannya ikatan hidrogen dan deaglomerasi mereka dalam fase oli. Pengendapan kotoran pada permukaan katalis menyebabkan penonaktifan cepat dalam percobaan diam yang menghasilkan hanya 5% oksidasi DBT setelah 6 siklus reaksi diam oleh katalis daur ulang. Di atas 95% DBT teroksidasi setelah 6 siklus berbantuan ultrasound menunjukkan peningkatan stabilitas yang besar dengan membersihkan permukaan selama ultrasonikasi. Pengurangan ukuran partikel yang cukup besar juga diamati setelah sonikasi 3 jam yang dapat memberikan lebih banyak dispersi katalis dalam bahan bakar model.
Afzalinia dkk. (2016): Proses desulfurisasi oksidatif berbantuan ultrasound dari bahan bakar cair oleh asam fosfotungstik yang dienkapsulasi dalam MOF berbasis Zn (II) yang difungsikan amina yang saling menembus sebagai katalis. Ultrasonik Sonokimia 2016
Dalam pekerjaan ini, desulfurisasi oksidatif berbantuan ultrasound (UAOD) bahan bakar cair dilakukan dengan asam fosfotungstik tipe Keggin heterogen baru yang sangat terdispersi (H3Tahanan perang12O40, PTA) yang dienkapsulasi menjadi MOF yang difungsikan amino (TMU-17 -NH2). Komposit yang disiapkan menunjukkan aktivitas katalitik yang tinggi dan penggunaan kembali dalam desulfurisasi oksidatif bahan bakar model. Desulfurisasi oksidatif berbantuan ultrasound (UAOD) adalah cara baru untuk melakukan reaksi oksidasi senyawa yang mengandung belerang dengan cepat, ekonomis, ramah lingkungan dan aman, dalam kondisi ringan. Gelombang ultrasound dapat diterapkan sebagai alat yang efisien untuk mengurangi waktu reaksi dan meningkatkan kinerja sistem desulfurisasi oksidatif. PTA@TMU-17-NH2 dapat sepenuhnya dilakukan desulfurisasi minyak model dengan 20 mg katalis, rasio molar O/S 1:1 dengan adanya MeCN sebagai pelarut ekstraksi. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa konversi DBT ke DBTO2 mencapai 98% setelah 15 menit dalam suhu sekitar. Dalam pekerjaan ini, kami menyiapkan komposit TMU-17-NH2 dan PTA/TMU-17-NH2 dengan iradiasi ultrasound untuk pertama kalinya dan digunakan dalam proses UAOD. Katalis yang disiapkan menunjukkan penggunaan kembali yang sangat baik tanpa pencucian PTA dan hilangnya aktivitas.