超音波海洋燃料脱硫
- 海洋燃料は、0.5%m/m以下の硫黄含有量を必要とする新しい規制の影響を受けます。
- 超音波支援酸化脱硫(UAOD)は、酸化反応を加速し、経済的かつ安全なプロセスである確立された方法です。
- UAODプロセスは周囲温度および大気圧で実行することができ、炭化水素燃料からの硫黄化合物の選択的な除去を可能にする。
- ヒールシャーの高性能超音波システムは、オンボードまたはオンショアで動作するようにインストールし、安全に簡単です。
低硫黄海洋燃料
国際海事機関(IMO)は、2020年1月から世界の海洋船舶に対し、硫黄含有量0.5%/mの海洋燃料の使用を義務付ける新しい規制を実施しました。これらの新しい規制は、海洋燃料の処理に重大な変化を要求する:低硫黄燃料の新しい基準を満たすためには、効率的な脱硫プロセスが必要です。
ガソリン、ナフサ、ディーゼル、海洋燃料などの液体炭化水素燃料の超音波支援酸化脱硫(UAOD)は、重い燃料の大量の流れから硫黄を除去する非常に効率的で実行可能な方法です。
2段超音波酸化脱硫のフローチャート
酸化脱硫
酸化硫黄化合物は重い燃料油から分離することが大幅に容易にできるので、酸化脱硫(ODS)は、ハイドロデ硫黄化(HDS)に対する環境に優しく経済的な代替手段です。酸化脱脂工程の後、抽出された硫黄化合物は、例えば、非可発性極性溶媒およびその後の重力、吸着または遠心分離を用いた物理的方法によって分離される。あるいは、熱分解を用いて酸化硫黄を除去することができる。
酸化脱硫反応に対して、酸化剤(例えば、水素H)2ザ・2、ナトリウムクロリットNaClO2、亜酸化窒素 N2O, ナトリウム定期ナイオ4)、触媒(例えば、酸)ならびに相転移試薬が必要である。位相転写試薬は、ODS反応の速度制限工程である水相相と油相間の不均一反応を促進するのに役立ちます。
- 高効率 – 最大98%の脱硫
- 経済的:低投資、低運用コスト
- 触媒中毒なし
- 簡単、線形スケールアップ
- 安全に作動する
- 陸上 & オフショア(オンボード)インストール
- 高速RoI
超音波アシスト酸化脱硫
ハイドロデ硫化(HDS)は、より高い投資コスト、400ºCまでの高い反応温度、および原子炉内の100atmまでの高圧を必要としますが、超音波支援酸化脱硫プロセス(UAOD)ははるかに便利です。効率的で緑豊かな。UAODは触媒硫黄の除去の反応性を大きく高め、同時により低い操業費用、より高い安全および環境保護を提供する。産業用超音波フローリアクターシステムは、非常に効果的な分散による脱硫率を増加させ、それによって反応動態を改善します。超音波処理はナノスケールの分散を提供するので、異種反応における異なる相間の質量移動が劇的に増加する。
超音波(音響) キャビテーション キャビテーションホットスポット内に到達する極端な条件によって反応速度と質量移動を増加させます。キャビテーションバブルの爆発の間、約5,000Kの非常に高い温度、非常に速い冷却速度、約2,000atmの圧力およびそれに応じて極度の温度および圧力差は局所的に達する。キャビテーションバブルの爆発はまた非常に高いせん断力を作成する280m/s速度までの液体ジェットをもたらす。これらの異常な機械的力は酸化反応時間を加速し、数秒以内に硫黄変換効率を高める。
より完全な硫黄除去
メルカプタン、チオエーター、硫化物およびジスルフィドは、従来のヒドロデス硫化(HDS)プロセスによって除去することができ、チオフェン、ベンゾチオフェン(BT)、ジベンゾチオフェン(DBT)および4,6-ジメチルジベンゾチオフェン(4,6-DBT)の除去のためにより高度な方法が必要です。超音波酸化脱硫は、取り外し不可能な硫黄難治性化合物(例えば、4,6-ジメチルジベンゾチオフェンおよび他のアルキル置換チオフェン誘導体)の除去に関しては非常に有効である。エブラヒミら (2018) ヒールシャーソノリアクターを使用して最大98.25%の脱硫効率 硫黄除去のために最大限に活用される。さらに、超音波酸化硫黄化合物は、基本的な水洗浄を介して分離することができる。
最適パラメータにおけるマルチステップUAODプロセスの効果
UP400Sを使用した超音波脱硫性試験
シェイガンら2013組み合わせ超音波 (UP400S)過酸化水素を酸化剤として、FeSOを触媒として、酢酸をpH調整剤として、メタノールを抽出溶媒として抽出溶媒として、ガス油の硫黄量を低減する。
酸化脱硫時の反応速度定数は、金属イオンを触媒として添加し、超音波処理を用いることで大幅に増加させることができる。超音波エネルギーは、反応の活性化エネルギーを減少させることができる。超音波処理は、固体触媒と試薬の間の境界層を破壊し、触媒と試薬の均質なミックスを提供します – それによって反応動態を改善する。
硫黄抽出プロセスは、脱硫ガス油の総量を回収することを目標に、脱硫中の重要なステップです。メタノールを溶媒として用いた液体抽出は簡単な抽出工程ですが、高効率を確保するためには、不混ぜ合わせの効率的な混合が不可欠です。最大界面と後続の最大質量移動がフェーズ間で行われる場合にのみ、高い抽出率が達成されます。超音波と音響キャビテーションの生成は、反応相の強烈な混合を提供し、反応の活性化エネルギーを低下させます。
海洋燃料脱硫のための高性能超音波ユニット
ヒールシャー超音波は、産業規模でUAODなどの要求の厳しいアプリケーションのための高出力超音波システムの市場リーダーです。最大200μmの高い振幅、フルロードとヘビーデューティーの下で24/7動作、堅牢性と使いやすさはヒールシャー超音波装置の重要な特徴です。異なるパワークラスの超音波システムやソトロードやフローリアクター形状などの様々なアクセサリーは、あなたの特定の燃料、処理能力と環境に超音波システムの最も適切な適応を可能にします。
下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます：
| バッチ容量 | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 2000mlの10〜 | 20 400mLの/分 | UP400St |
| 00.1 20Lへ | 04L /分の0.2 | UIP2000hdT |
| 100Lへ10 | 10L /分で2 | UIP4000hdT |
| N.A。 | 10 100L /分 | UIP16000 |
| N.A。 | 大きな | のクラスタ UIP16000 |
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ラボからパイロットおよび工業規模に高出力超音波プロセッサ。
文献 / 参考文献
- 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.
超音波支援酸化脱硫に関する研究成果(UAOD)
プラジャパティら (2018): 超音波統合酸化技術による原油の脱硫.IJSRD – 科学研究のための国際ジャーナル & 開発Vol.6,2018号02.
Prajapati et al. (2018) 超音波支援酸化脱硫 (UAOD) のためのヒールシャー超音波反応器の利点を説明します。UAODは、高圧、高温の水爆処理装置、ボイラー、水素プラント、および、大幅な投資と運用コストによって損なわれる従来の水耕処理に対する実行可能な代替技術となっています。硫黄回収ユニット。超音波支援酸化脱硫は、より穏やかな条件下で硫黄の深い除去のためのプロセスを実行することができ、より速く、より安全で、はるかに経済的に。
超音波支援酸化脱硫(UAOD)プロセスは、モデル硫黄化合物(ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェンおよびジメチルジベンゾチオフェン)を含むディーゼル油および石油製品原料に適用された。酸化量の影響、抽出工程に対する溶媒の体積、超音波処理の時間と温度(UIP1000hdT、20 kHz、750 W、40%調査された。UAODに最適化された条件を使用して、Hのモルプロポーションを使用して石油製品原料のモデル化合物に対して最大99%の硫黄除去が達成されました。2ザ・2:酢酸:64:300:1の硫黄、90ºCでの超音波処理の9分後、メタノール(最適化された溶媒および油比0.36)で抽出した。同じ試薬量と9分間の超音波を用いて、硫黄の除去はディーゼル油試料の75%より高かった。
高超音波振幅の重要性
商業規模の酸化脱硫の超音波強度化は、約の高い振動振幅を維持することができる工業サイズのフロースルー超音波プロセッサの使用を必要とします 80歳 – 100ミクロン振幅は、超音波キャビテーション生成せん断力の強度に直接関連し、混合が効率的になるために十分に高いレベルで維持されなければなりません。
Prajapatiらによって行われた実験は、超音波が脱硫反応を増強することを示している。 脱硫効率は約93.2% 高性能超音波が適用されるとき。
シェイガンら (2013): 超音波支援触媒酸化プロセスを用いてのガス油の硫黄除去とその最適条件の研究.2013年9月、韓国化学工学雑誌 30(9)1751-1759.
超音波支援酸化脱硫プロセス(UAOD)は、様々な種類の硫黄含有量を含むガス油の硫黄化合物を低減するために適用された。環境規制は、硫黄化合物を排除するために非常に深い脱硫を必要とします。UAODは、低い操業コストと高い安全性と環境保護を備えた有望な技術です。イソブタノールを使用するとTOABよりもはるかに経済的であるため、典型的な位相転写剤(テトラオクチル-アンモニウム臭化物)をイソブタノールに置き換えたのは初めてであり、汚染は起ない。反応は、様々な温度で最適な点で行い、単一、2、3段階の手順で、Hの徐々に増加する効果を調べた。2ザ・2 イソブタノールの代わりにTOABが使用されている。油相中の総硫黄濃度をASTM-D3120法により分析した。9,500mg/kgの硫黄を含むガス油の約90%の最高除去は、Hの180.3 mmolの場合、62±2°Cのプロセスの17分間の3段階で達成された2ザ・2 メタノールによって使用され、抽出が行われました。
アクバリら (2014): MoO上のモデルディーゼルの酸化脱硫に適用される超音波のプロセス変数と強度化効果の調査3/アル2ザ・3 触媒.超音波ソノケミストリー21(2)、2014年3月。692–705.
MoOからなる新しい異種ソノ触媒系3/アル2ザ・3 触媒とH2ザ・2 超音波と組み合わせることで、ディーゼルのモデル硫黄化合物の酸化を改善および加速するために研究され、プロセス効率の有意な増強をもたらした。触媒の特性、活性および安定性に対する超音波の影響は、GC-FID、PSD、SEMおよびBET技術によって詳細に研究された。1000 μg/g硫黄を含むモデルディーゼルにおけるDBTの98%以上の変換は、Hでの新しい超音波支援脱硫によって得られた2ザ・2/硫黄モル比3、30分反応後30g/Lの温度318K及び触媒投与量は、サイレントプロセス中に得られた55%変換とは対照的である。この改善は、操作パラメータおよび触媒特性によって大きく影響を受けた。主工程変数の効果は、超音波と比較して無声プロセスにおける応答表面方法論を用いて調査した。超音波は、水素結合の破壊と油相でのそれらの凝集解除によって触媒および酸化剤の良好な分散を提供した。触媒表面への不純物の堆積は、リサイクル触媒によるサイレント反応の6サイクル後にDBT酸化のわずか5%を引き起こしたサイレント実験で迅速な非活性化を引き起こした。DBTの95%以上は、超音波中に表面を洗浄することにより安定性の大きな改善を示す6つの超音波支援サイクルの後に酸化された。モデル燃料中の触媒のより多くの分散を提供することができる3h超音波処理後にかなりの粒径の減少が観察されました。
アフザリニアら (2016): リントンスチン酸による液体燃料の超音波支援酸化脱硫プロセスは、触媒として中間アミン機能性Zn(II)-ベースのMOFに封入される.超音波ソノケミストリー2016
本研究では、新しい異種分散ケギン型ホスホトン酸(H)を用いて行われる液体燃料の超音波支援酸化脱硫(UAOD)3Pw12歳ザ・40、PTA)をアミノ機能MOF(TMU-17-NH2)に封入した触媒。調製された複合材料は、モデル燃料の酸化脱硫において高い触媒活性および再利用性を示す。超音波支援酸化脱硫(UAOD)は、穏やかな条件下で、急速に、経済的、環境に優しく、安全に硫黄含有化合物の酸化反応を行う新しい方法です。超音波は、反応時間を短縮し、酸化脱硫システムの性能を向上させる効率的なツールとして適用することができます。PTA@TMU-17-NH2は、抽出溶媒としてMeCNの存在下で20mgの触媒、O/Sモル比1:1によるモデル油の脱硫を完全に行うことができた。得られた結果は、DBTからDBTO2への変換が周囲温度で15分後に98%を達成することを示した。本研究では、初めて超音波照射によりTMU-17-NH2とPTA/TMU-17-NH2複合材料を調製し、UAODプロセスに採用しました。調製触媒は、PTA浸出および活性の喪失なしに優れた再利用性を示す。