超音波支援酸化脱硫(UAODS)
原油、石油、ディーゼル、その他の燃料油に含まれる硫黄含有化合物には、硫化物、チオール、チオフェン、置換ベンゾチオフェンおよびジベンゾチオフェン(BTおよびDBT)、ベンゾナフトチオフェン(BNT)、および縮合チオフェンが最も一般的な形態である多くの複雑な分子が含まれます。ヒールシャー超音波反応器は、今日の厳しい環境規制と超低硫黄ディーゼル(ULSD、10ppm硫黄)仕様を満たすために必要な酸化的深部脱硫プロセスを支援します。
酸化的脱硫(ODS)
過酸化水素による酸化的脱硫とそれに続く溶媒抽出は、燃料油中の有機硫黄化合物の量を減らすための2段階の深部脱硫技術です。ヒールシャー超音波反応器は、液 - 液相系における相間移動反応速度および溶解速度を改善するために、両方の段階で使用される。
超音波支援酸化脱硫のためのフローチャート – 2ステージ
超音波支援酸化脱硫の第一段階では、過酸化水素は、燃料油中に存在する硫黄含有分子をそれらに対応するスルホキシドまたは穏やかな条件下でスルホンに選択的に酸化するための酸化剤として使用され、極性の増加とともに極性溶媒への溶解度を高める。 
この段階では、極性水相と非極性有機相の不溶性は、両相が間相でのみ互いに反応するため、酸化的脱硫の過程において重大な問題となります。超音波を使用しないと、この二相系での反応速度が低くなり、有機硫黄の変換が遅くなります。
精製設備には、24時間週7日の大量処理に適した頑丈な産業機器が必要です。ヒールシャーを手に入れよう!
超音波乳化
油相と水相を混合し、静的ミキサーにポンプで送って、一定の体積比の基本エマルジョンを生成し、それを超音波混合反応器に供給します。そこでは、超音波キャビテーションは高い水硬性せん断を生じ、水相をサブミクロンおよびナノサイズの液滴に分解する。相境界の比表面積は化学反応速度に影響を与えるため、この液滴直径の大幅な減少により反応速度が向上し、相移動剤の必要性が減少または排除されます。超音波を使用すると、より細かいエマルジョンが油相と同じ接触面を提供するために必要な体積が少なくて済むため、過酸化物の体積パーセンテージを下げることができます。
超音波アシスト酸化
超音波キャビテーションは、激しい局所加熱(~5000K)、高圧(~1000atm)、巨大な加熱および冷却速度(>109 K/秒)、液体ジェット気流(~1000 km/h)です。この非常に反応性の高い環境は、油相のチオフェンをより速く、より完全に酸化し、より大きな極性スルホキシドおよびスルホンに酸化します。触媒は酸化プロセスをさらにサポートできますが、必須ではありません。水性および有機液体の両方に溶解する独自の能力を持つ四級アンモニウム塩などの両親媒性エマルジョン触媒または相間移動触媒(PTC)は、酸化剤に組み込まれて界面相から反応相に輸送され、それによって反応速度が向上することが示されています。フェントンの試薬は、ディーゼル燃料の酸化脱硫効率を高めるために添加することができ、ソノ酸化処理と良好な相乗効果を示します。
パワー超音波による物質移動の強化
有機硫黄化合物が相境界で反応すると、スルホキシドとスルホンが水滴表面に蓄積し、他の硫黄化合物が水相で相互作用するのをブロックします。キャビテーションジェット流と音響流によって引き起こされる水圧せん断は、液滴表面との間の乱流と材料輸送をもたらし、合体とそれに続く新しい液滴の形成を繰り返します。酸化が経時的に進行するにつれて、超音波処理は試薬の曝露および相互作用を最大化する。
スルホンの相間移動抽出
酸化および水相(H2O2)からの分離後、第2段階でアセトニトリルなどの極性溶媒を使用してスルホンを抽出できます。スルホンは、両方の相間の相境界で溶媒相に移動し、極性が高くなります。最初の段階でと同様に、ヒールシャー超音波反応器は、油相の溶媒相の微細なサイズの乱流エマルジョンを作ることにより、液液抽出を後押しします。これにより、相接触面と結果の抽出が増加し、溶媒の使用量が削減されます。
ラボテストからパイロットスケール、生産まで
ヒールシャー超音波は、任意の規模でこの技術をテストし、検証し、利用するための機器を提供しています。基本的には4つのステップで行います。
- 油をH2O2と混合し、超音波処理して硫黄化合物を酸化します
- 水相を分離するための遠心分離機
- 油相を溶媒と混合し、超音波処理してスルホンを抽出します
- 遠心分離機で溶媒相をスルホンで分離
ラボスケールでは、UP200Htを使用して概念を実証し、過酸化物濃度、プロセス温度、超音波処理時間と強度、触媒や溶媒の使用量などの基本的なパラメータを調整できます。
ベンチトップレベルでは、 UIP1000hdT または UIP2000hdT は、100〜1000L / hr(25〜250 gal / hr)の流量で両方の段階を独立してシミュレートし、プロセスと超音波処理パラメータを最適化することを可能にします。ヒールシャー超音波装置は、パイロットまたは生産規模でより大きな処理量への線形スケールアップのために設計されています。ヒールシャー設備は、燃料精製を含む大量のプロセスに対して確実に動作することが証明されています。ヒールシャーは、コンテナ化されたシステムを製造し、当社の高出力10kWまたは16kWのデバイスのいくつかをクラスターに組み合わせて、簡単に統合できます。危険な環境要件を満たす設計もご用意しています。以下の表は、処理量と推奨される機器サイズを示しています。
| バッチボリューム | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 5〜200mL | 50〜500mL/分 | UP200HTの, UP400Sの |
| 0.1から2L | 0.25から2m3/人事 | UIP1000HDの, UIP2000HDの |
| 0.4から10L | 1メートルから8メートル3/人事 | UIP4000 |
| N.A. | 4メートルから30メートル3/人事 | UIP16000 |
| N.A. | 30m以上3/人事 | クラスタ UIP10000 又は UIP16000 |
超音波ミキシングシステム – 6x10kW(2x120m)の2ストランド3/hr)
- 酸エステル化
- アルカリエステル交換
- 水産燃料(水/油)
- オフショアオイルセンサーのクリーニング
- 掘削液の調製
超音波処理を使用する利点
UAODSは、HDSと比較して大きな利点を提供します。チオフェン、置換ベンゾ-およびジベンゾチオフェンは、低温および圧力条件下で酸化されます。したがって、高価な水素は必要なく、このプロセスは中小規模の製油所や、水素パイプラインの近くにない孤立した製油所に適しています。反応速度の増加と穏やかな反応温度と圧力により、高価な無水溶媒または非プロトン性溶媒の使用を回避できます。
超音波支援酸化脱硫(UAODS)ユニットを従来の水素化処理ユニットと統合すると、低硫黄および/または超低硫黄ディーゼル燃料の製造効率を向上させることができます。この技術は、従来の水素化処理の前後に使用して、硫黄レベルを下げることができます。
UAODSプロセスは、新しい高圧水素化処理装置のコストと比較して、推定資本コストを半分以上削減できます。
水素化脱硫(HDS)のデメリット
水素化脱硫(HDS)は、チオール、硫化物、ジスルフィドの除去に非常に効率的なプロセスですが、ジベンゾチオフェンやその誘導体(4,6-ジメチジベンゾチオフェン4,6-DMDBTなど)などの耐火性硫黄含有化合物を超低レベルに除去することは困難です。高温、高圧、高水素消費により、HDSの超深部脱硫のための資本コストと運用コストが上昇しています。高い資本コストと運用コストは避けられません。微量の硫黄が残っていると、再形成および変換プロセスで使用される貴金属触媒や、燃料電池スタックで使用される電極触媒が汚染される可能性があります。