ულტრაბგერითი დახმარებით ჟანგვითი დეზულფურიზაცია (UAODS)
ნავთობში, ნავთობპროდუქტებში, სადისელზე და სხვა საწვავ ზეთებში მყოფი გოგირდშემცველი ნაერთები მოიცავს სულფიდებს, თიოლებს, თიოფენებს, ჩანაცვლებულ ბენზო- და დიბენზოთიოფენებს (BTs და DBTs), ბენზონაფთოთიოფენს (BNT) და ბევრ სხვა რთულ მოლეკულას, რომელთა შორის ყველაზე გავრცელებული ფორმები კონდენსირებული თიოფენებია. Hielscher-ის ულტრაბგერითი რეაქტორები ეხმარება ჟანგვით ღრმა დეზულფურიზაციის პროცესს, რომელიც აუცილებელია დღეს მოქმედი მკაცრი ეკოლოგიური რეგულაციებისა და ულტრადაბალგოგირდიანი სადისელის (ULSD, 10ppm გოგირდი) სპეციფიკაციების შესასრულებლად.
ჟანგვითი დეზულფურიზაცია (ODS)
ჟანგვითი დეზულფურიზაცია წყალბადის ზეჟანგის გამოყენებით და შემდგომი გამხსნელით ექსტრაქცია არის ორსაფეხურიანი ღრმა დეზულფურიზაციის ტექნოლოგია, რომელიც მიზნად ისახავს საწვავ ზეთებში ორგანული გოგირდის ნაერთების რაოდენობის შემცირებას. Hielscher-ის ულტრაბგერითი რეაქტორები გამოიყენება ორივე საფეხურზე ფაზათაშორისი რეაქციის კინეტიკისა და გახსნის სიჩქარეების გასაუმჯობესებლად სითხე-სითხე ფაზურ სისტემებში.
ულტრაბგერითი დახმარებით ჟანგვითი დეზულფურიზაციის ნაკადის სქემა – 2 საფეხური
ულტრაბგერითი დახმარებით ჟანგვითი დეზულფურიზაციის პირველ საფეხურზე, წყალბადის ზეჟანგი გამოიყენება როგორც მჟანგავი, რათა სელექციურად დაჟანგოს საწვავ ზეთებში არსებული გოგირდშემცველი მოლეკულები მათ შესაბამის სულფოქსიდებად ან სულფონებად მსუბუქ პირობებში, რათა გაიზარდოს მათი ხსნადობა პოლარულ გამხსნელებში მათი პოლარობის ზრდის შედეგად. 
ამ საფეხურზე, პოლარული წყალხსნარისა და არაპოლარული ორგანული ფაზის უხსნადობა არის მნიშვნელოვანი პრობლემა ჟანგვითი დეზულფურიზაციის პროცესში, რადგან ორივე ფაზა ერთმანეთთან რეაგირებს მხოლოდ ფაზათაშორის საზღვარზე. ულტრაბგერის გარეშე, ეს იწვევს რეაქციის დაბალ სიჩქარეს და ორგანული გოგირდის ნელ კონვერსიას ამ ორფაზიან სისტემაში.
გადამუშავებელი დანადგარები მოითხოვს მძიმე სამუშაო პირობებისთვის განკუთვნილ ინდუსტრიულ აღჭურვილობას, რომელიც შესაფერისია მაღალი მოცულობის დამუშავებისთვის 24/7. აირჩიეთ Hielscher!
ულტრაბგერითი ემულსიფიცირება
ზეთის ფაზა და წყალხსნარი ერევა და გადაეცემა სტატიკურ მერევაში, რათა მივიღოთ საბაზისო ემულსია მუდმივი მოცულობითი თანაფარდობით, რომელიც შემდეგ გადაეცემა ულტრაბგერით შერევის რეაქტორს. იქ, ულტრაბგერითი კავიტაცია ქმნის მაღალ ჰიდრავლიკურ ძვრას და შლის წყალხსნარს სუბმიკრონულ და ნანომეტრულ წვეთებად. ვინაიდან ფაზათაშორისი საზღვრის კუთრი ზედაპირის ფართობი მნიშვნელოვანია ქიმიური რეაქციის სიჩქარისთვის, წვეთის დიამეტრის ეს მნიშვნელოვანი შემცირება აუმჯობესებს რეაქციის კინეტიკას და ამცირებს ან აღმოფხვრის საჭიროებას ფაზათაშორისი აგენტების გამოყენებაზე. ულტრაბგერის გამოყენებით, ზეჟანგის მოცულობითი პროცენტული მაჩვენებელი შეიძლება შემცირდეს, რადგან უფრო წვრილი ემულსიები საჭიროებენ ნაკლებ მოცულობას იგივე საკონტაქტო ზედაპირის უზრუნველსაყოფად ზეთის ფაზასთან.
ულტრაბგერითი დახმარებით ჟანგვა
ულტრაბგერითი კავიტაცია ქმნის ინტენსიურ ლოკალურ გაცხელებას (~5000K), მაღალ წნევას (~1000atm), უზარმაზარ გაცხელებისა და გაციების სიჩქარეებს (>109 K/წმ) და სითხის ჭავლური ნაკადებს (~1000 კმ/სთ). ეს უკიდურესად რეაქტიული გარემო უფრო სწრაფად და სრულყოფილად ჟანგავს თიოფენებს ზეთის ფაზაში უფრო პოლარულ სულფოქსიდებად და სულფონებად. კატალიზატორი შეიძლება დამატებით დაეხმაროს ჟანგვის პროცესს, მაგრამ ისინი არ არის აუცილებელი. ამფიფილური ემულსიის კატალიზატორები ან ფაზათაშორისი კატალიზატორები (PTC), როგორიცაა მეოთხეული ამონიუმის მარილები, მათი უნიკალური შესაძლებლობით გაიხსნან როგორც წყალხსნარში, ისე ორგანულ სითხეებში, აჩვენეს, რომ შეუძლიათ შეუერთდნენ მჟანგავს და გადაიტანონ ის საზღვრის ფაზიდან რეაქციის ფაზაში, რითაც ზრდიან რეაქციის სიჩქარეს. ფენტონის რეაგენტი შეიძლება დაემატოს დიზელის საწვავისთვის ჟანგვითი დეზულფურიზაციის ეფექტურობის გასაზრდელად და ის კარგ სინერგიულ ეფექტს აჩვენებს სონო-ჟანგვის პროცესთან ერთად.
მასის გადატანის გაძლიერება მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერით
როდესაც ორგანული გოგირდის ნაერთები რეაგირებენ ფაზათაშორის საზღვარზე, სულფოქსიდები და სულფონები გროვდება წყალხსნარის წვეთის ზედაპირზე და ბლოკავენ სხვა გოგირდის ნაერთების ურთიერთქმედებას წყალხსნარში. კავიტაციური ჭავლური ნაკადებისა და აკუსტიკური ნაკადის მიერ გამოწვეული ჰიდრავლიკური ძვრა იწვევს ტურბულენტურ ნაკადს და მასალის გადატანას წვეთის ზედაპირებიდან და მათზე, რაც იწვევს განმეორებით შერწყმას და შემდგომ ახალი წვეთების წარმოქმნას. რადგან ჟანგვა დროთა განმავლობაში ვითარდება, ულტრაბგერითი დამუშავება მაქსიმალურად ზრდის რეაგენტების ექსპოზიციასა და ურთიერთქმედებას.
სულფონების ფაზათაშორისი ექსტრაქცია
ჟანგვისა და წყალხსნარისგან (H2O2) გამოყოფის შემდეგ, სულფონები შეიძლება ექსტრაქციას დაექვემდებაროს პოლარული გამხსნელის, როგორიცაა აცეტონიტრილის გამოყენებით მეორე საფეხურზე. სულფონები გადაინაცვლებენ ორივე ფაზას შორის არსებულ ფაზათაშორის საზღვარზე გამხსნელის ფაზაში მათი უფრო მაღალი პოლარობის გამო. ისევე როგორც პირველ საფეხურზე, Hielscher-ის ულტრაბგერითი რეაქტორები აძლიერებენ სითხე-სითხე ექსტრაქციას, რადგან ქმნიან გამხსნელის ფაზის წვრილ ტურბულენტურ ემულსიას ზეთის ფაზაში. ეს ზრდის ფაზათაშორის საკონტაქტო ზედაპირს და იწვევს ექსტრაქციასა და გამხსნელის ნაკლებ გამოყენებას.
ლაბორატორიული ტესტირებიდან საცდელ მასშტაბამდე და წარმოებამდე
Hielscher Ultrasonics გთავაზობთ აღჭურვილობას ამ ტექნოლოგიის ტესტირების, ვერიფიკაციისა და გამოყენებისთვის ნებისმიერ მასშტაბში. ძირითადად, ეს ხორციელდება მხოლოდ 4 ნაბიჯში.
- შეურიეთ ზეთი H2O2-ს და ჩაატარეთ ულტრაბგერითი დამუშავება გოგირდის ნაერთების დასაჟანგად
- ცენტრიფუგირება წყალხსნარის ფაზის გამოსაყოფად
- შეურიეთ ზეთის ფაზა გამხსნელს და ჩაატარეთ ულტრაბგერითი დამუშავება სულფონების ამოსაღებად
- ცენტრიფუგირება სულფონების მქონე გამხსნელის ფაზის გამოსაყოფად
ლაბორატორიულ მასშტაბში, შეგიძლიათ გამოიყენოთ UP200Ht კონცეფციის დემონსტრირებისა და საბაზისო პარამეტრების, როგორიცაა ზეჟანგის კონცენტრაცია, პროცესის ტემპერატურა, ულტრაბგერითი დამუშავების დრო და ინტენსივობა, ასევე კატალიზატორის ან გამხსნელის გამოყენების რეგულირებისთვის.
სალაბორატორიო სტენდის დონეზე, მძლავრი სონიკატორი, როგორიცაა UIP1000hdT ან UIP2000hdT, საშუალებას გაძლევთ სიმულაცია ჩაატაროთ ორივე საფეხურზე დამოუკიდებლად მოცულობითი ხარჯებით 100-დან 1000L/სთ-მდე (25-დან 250 gal/სთ-მდე) და ოპტიმიზაცია ჩაატაროთ პროცესისა და ულტრაბგერითი დამუშავების პარამეტრებზე. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობა შექმნილია წრფივი მასშტაბირებისთვის უფრო დიდი დამუშავების მოცულობებზე საცდელ ან წარმოების მასშტაბში. Hielscher-ის ინსტალაციები დამტკიცებულია, რომ მუშაობენ სანდოდ მაღალი მოცულობის პროცესებში, მათ შორის საწვავის გადამუშავებაში. Hielscher აწარმოებს კონტეინერიზებულ სისტემებს, რომლებიც აერთიანებს ჩვენს რამდენიმე მაღალი სიმძლავრის 10kW ან 16kW მოწყობილობას კლასტერებად მარტივი ინტეგრაციისთვის. ასევე ხელმისაწვდომია დიზაინები, რომლებიც აკმაყოფილებენ საშიში გარემოს მოთხოვნებს. ქვემოთ მოცემული ცხრილი ასახავს დამუშავების მოცულობებსა და რეკომენდებულ აღჭურვილობის ზომებს.
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 5-დან 200mL-მდე | 50-დან 500mL/წთ-მდე | UP200Ht, UP400S |
| 0,1-დან 2L-მდე | 0,25-დან 2m3/სთ | UIP1000hd, UIP2000hd |
| 0,4-დან 10L-მდე | 1-დან 8m3/სთ | UIP4000 |
| n.a. | 4-დან 30m3/სთ | UIP16000 |
| n.a. | 30m3/hr | კლასტერი UIP10000 ან UIP16000 |
ინსტალაცია 192 kW მაღალი სიმძლავრის სონიკატორებით ნავთობის დეზულფურიზაციისთვის
- მჟავა ესტერიფიკაცია
- ალკალური ტრანსესტერიფიკაცია
- აკვასაწვავი (წყალი/ზეთი)
- ზღვისპირა ნავთობის სენსორების გაწმენდა
- საბურღილი სითხეების მომზადება
ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენების სარგებელი
UAODS გთავაზობთ მნიშვნელოვან უპირატესობებს HDS-თან შედარებით. თიოფენები, ჩანაცვლებული ბენზო- და დიბენზოთიოფენები იჟანგება დაბალი ტემპერატურისა და წნევის პირობებში. ამიტომ, ძვირადღირებული წყალბადი არ არის საჭირო, რაც ამ პროცესს უფრო შესაფერისს ხდის მცირე და საშუალო ზომის გადასამუშავებელი ქარხნებისთვის, ან იზოლირებული გადასამუშავებელი ქარხნებისთვის, რომლებიც არ მდებარეობს წყალბადის მილსადენის სიახლოვეს. რეაქციის სიჩქარის ზრდა და მსუბუქი რეაქციის ტემპერატურა და წნევა თავიდან აცილებს ძვირადღირებული ანჰიდრული ან აპროტული გამხსნელების გამოყენებას.
ულტრაბგერითი დახმარებით ჟანგვითი დეზულფურიზაციის (UAODS) ერთეულის ინტეგრაცია კონვენციურ ჰიდროდამუშავების ერთეულთან შეიძლება გაზარდოს ეფექტურობა დაბალი და/ან ულტრადაბალგოგირდიანი სადისელის საწვავების წარმოებაში. ეს ტექნოლოგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას კონვენციური ჰიდროდამუშავების წინ ან შემდეგ გოგირდის დონის შესამცირებლად.
UAODS პროცესს შეუძლია ახალი მაღალი წნევის ჰიდროდამუშავების დანადგარის ღირებულებასთან შედარებით შეაფასებითი კაპიტალური დანახარჯები ნახევარზე მეტით შეამციროს.
ჰიდროდეზულფურიზაციის (HDS) უარყოფითი მხარეები
მიუხედავად იმისა, რომ ჰიდროდეზულფურიზაცია (HDS) არის მაღალეფექტური პროცესი თიოლების, სულფიდებისა და დისულფიდების მოსაშორებლად, რთულად დასაშლელი გოგირდშემცველი ნაერთების, როგორიცაა დიბენზოთიოფენი და მისი წარმოებული ნაერთები (მაგ. 4,6-დიმეთილდიბენზოთიოფენი 4,6-DMDBT), ულტრადაბალ დონემდე მოცილება რთულია. მაღალი ტემპერატურები, მაღალი წნევები და მაღალი წყალბადის ხარჯვა ზრდის HDS-ის კაპიტალურ და ექსპლუატაციის ხარჯებს ულტრაღრმა დეზულფურიზაციისთვის. მაღალი კაპიტალური და ექსპლუატაციის ხარჯები გარდაუვალია. გოგირდის დარჩენილი მცირე რაოდენობები შეიძლება მოაწამვლოს კეთილშობილი ლითონის კატალიზატორები, რომლებიც გამოიყენება რეფორმინგისა და ტრანსფორმაციის პროცესში, ან ელექტროდის კატალიზატორები, რომლებიც გამოიყენება საწვავის ელემენტების სტეკებში.
ლიტერატურა / რეფერენსები
- Jiyuan Fan, Aiping Chen, Saumitra Saxena, Sundaramurthy Vedachalam, Ajay K. Dalai, Wen Zhang, Abdul Hamid Emwas, William L. Roberts(2021): Ultrasound-assisted oxidative desulfurization of Arabian extra light oil (AXL) with molecular characterization of the sulfur compounds. Fuel, Volume 305, 2021.
- Zhilin Wu, Bernd Ondruschka (2010): Ultrasound-assisted oxidative desulfurization of liquid fuels and its industrial application. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 17, Issue 6, 2010. 1027-1032.
- Ashutosh Kumar Prajapati, Sunil Kumar Singh, Shashi Prakash Gupta, Ashutosh Mishra (2018): Desulphurization of Crude Oil by Ultrasound Integrated Oxidative Technology. IJSRD – International Journal for Scientific Research & Development, Vol. 6, Issue 02, 2018.
[/two_thirds_last]