초음파 해양 연료 탈황
- 해양 연료는 0.5% m/m 이하의 유황 함량을 요구하는 새로운 규정의 영향을 받습니다.
- 초음파 보조 산화 탈황 (UAOD)은 산화 반응을 가속화하고 경제적이고 안전한 과정입니다.
- UAOD 공정은 주변 온도 및 대기압에서 실행할 수 있으며 탄화수소 연료에서 유황 화합물을 선택적으로 제거할 수 있습니다.
- Hielscher 고성능 초음파 시스템은 설치가 용이하고 기내 또는 육상에서 작동하기에 안전합니다.
저유황 해양 연료
국제해사기구(IMO)는 2020년 1월부터 전 세계 해양 선박이 유황 함량이 0.5%m/m인 해양 연료를 사용하도록 요구하는 새로운 규정을 시행했습니다. 이러한 새로운 규정은 해양 연료 의 처리에 중대한 변화를 요구합니다: 저유황 연료에 대한 새로운 규범을 이행하기 위해서는 효율적인 탈황 공정이 필요합니다.
가솔린, 나프타, 디젤, 해양 연료 등과 같은 액체 탄화수소 연료의 초음파 보조 산화 탈황화 (UAOD)는 대량의 중연료 스트림에서 유황을 제거하는 매우 효율적이고 실행 가능한 방법입니다.
2 단계 초음파 산화 탈황의 순서도
산화 탈황화
산화 탈황화(ODS)는 산화 된 황 화합물이 중유에서 훨씬 쉽게 분리 될 수 있기 때문에 수중 황화 (HDS)에 대한 환경 친화적이고 경제적 인 대안입니다. 산화 탈화 단계 후, 추출된 유황 화합물은 예를 들어 비오성 극성 용매 및 후속 중력, 흡착 또는 원심 분리를 사용하여 물리적 인 방법으로 분리된다. 대안적으로, 열 분해는 산화된 황을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
산화 탈황 반응의 경우, 산화제(예를 들어, 수소 H2영형2, 염화나트륨 나클로2, 아산화질소 N2O, 나트륨 주유자 NaIO4), 촉매(예를 들어, 산)뿐만 아니라 상전사 시약이 요구된다. 위상 전달 시약은 ODS 반응의 속도 제한 단계인 수성 및 오일 상 사이의 이기종 반응을 촉진하는 데 도움이 됩니다.
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- 고효율 – 최대 98% 탈황
- 경제적: 낮은 투자, 낮은 운영 비용
- 촉매 중독 없음
- 간편한 선형 스케일 업
- 안전하게 작동
- 육상 & 해양(온보드) 설치
- 빠른 RoI
초음파 보조 산화 탈황화
수황화(HDS)는 더 높은 투자 비용, 최대 400ºC의 고반응 온도 및 반응기에서 최대 100atm의 고압을 필요로 하지만 초음파 보조 산화 탈황 공정(UAOD)은 훨씬 더 편리합니다. 효율적이고 친환경적입니다. UAOD는 촉매 유황 제거의 반응성을 크게 향상시키고 동시에 운영 비용을 낮추고 안전성과 환경 보호를 제공합니다. 산업용 초음파 유량 반응기 시스템은 매우 효과적인 분산으로 인해 탈황 속도를 증가시켜 반응 역학을 향상시키게됩니다. 초음파 처리는 나노 스케일 분산을 제공하기 때문에 이기종 반응에서 다른 단계 사이의 질량 전달이 크게 증가합니다.
초음파 (음향) 캐비테이션 충치 핫스팟 내에 도달하는 극한 조건에 의한 반응 속도와 질량 전달을 증가시킵니다. 캐비테이션 버블 내파 동안, 약 5,000K의 매우 높은 온도, 매우 빠른 냉각 속도, 약 2,000atm의 압력 및 그에 따라 극단적 인 온도 및 압력 차이에 도달합니다. 캐비테이션 버블의 파열은 또한 최대 280m/s의 액체 제트를 생성하여 매우 높은 전단력을 생성합니다. 이러한 특별한 기계적 힘은 산화 반응 시간을 가속화하고 몇 초 내에 황 변환 효율을 증가시고 있습니다.
더 완전한 유황 제거
메르캅탄, 티오에테르, 황화물 및 이황화물은 티오페네스, 벤조티오펜스(BT), 디벤조티오펜(DBT) 및 4,6-디메틸디벤조티오페네스(4,6-DMD)의 제거를 위해 기존의 하이드로데황화(HDS) 공정에 의해 제거될 수 있다. 보다 정교한 방법이 필요합니다. 초음파 산화 탈황화는 거의 탈착할 수 없는 황 내화 화합물 (예 : 4,6-dimethyldibenzothiophene 및 기타 알킬 치환 티오페인 유도체)의 제거에 관해서 매우 효과적입니다. 에브라히미 외(2018) 보고서 Hielscher 소노리액터사용 탈황 효율 최대 98.25% 유황 제거에 최적화되었습니다. 또한, 초음파 산화 황 화합물은 기본 물 세척을 통해 분리 될 수있다.
최적의 파라미터에서 다단계 UAOD 프로세스의 효과
UP400S를 가진 초음파 탈황 타당성 시험
Shayegan 외. 2013 결합 초음파 (UP400S) 과산화수소를 산화제로, FeSO를 촉매로서, 아세트산은 pH 조절제로, 메탄올은 추출 용매로서 가스 오일의 황량을 감소시다.
산화 탈황화 시 반응 속도 상수는 금속 이온을 촉매로 추가하고 초음파 처리를 사용하여 크게 증가 할 수 있습니다. 초음파 에너지는 반응의 활성화 에너지를 줄일 수 있습니다. 초음파 처리는 고체 촉매와 시약 사이의 경계층을 깨고 촉매와 시약의 균일 한 혼합을 제공합니다. – 반응 역학을 개선.
유황 추출 공정은 탈황 가스 오일의 총 부피를 회수하는 것을 목표로 탈황화 중에 중요한 단계입니다. 용매로서 메탄올을 이용한 액체-액체 추출을 사용하는 것은 간단한 추출 과정이지만, 고효율을 보장하기 위해서는 비혼상들의 효율적인 혼합이 필수적이다. 위상 간에 최대 인터페이스와 이후에 최대 질량 전달이 이루어지는 경우에만 높은 추출 속도가 달성됩니다. 초음파 및 음향 캐비테이션의 생성은 반응기 단계의 강렬한 혼합을 제공하고 반응의 활성화 에너지를 낮춥시됩니다.
해양 연료 탈황화를 위한 고성능 초음파 장치
Hielscher 초음파는 산업 규모의 UAOD와 같은 까다로운 응용 프로그램을위한 고출력 초음파 시스템의 시장 선두 주자입니다. 최대 200μm의 높은 진폭, 최대 부하 및 중부하 작업, 견고성 및 사용자 친화성하에서 24/7 작동은 Hielscher 초음파 의 핵심 기능입니다. 다른 전력 클래스의 초음파 시스템 및 sonotrodes 및 유동 반응기 형상과 같은 다양한 액세서리는 특정 연료, 처리 능력 및 환경에 초음파 시스템의 가장 적합한 적응을 허용합니다.
아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.
| 일괄 볼륨 | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 10 ~ 2000mL | 20 ~ 400 mL / min | UP400St |
| 0.1 ~ 20L | 0.2 ~ 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 ~ 100L | 2 ~ 10L / min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 ~ 100L / min | UIP16000 |
| N.A. | 더 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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실험실에서 파일럿 및 산업 규모에 고전력 초음파 프로세서.
문학 / 참고 문헌
- 에브라히미, S.L.; 코스라비 니코우, M.R.; 하세마바디, S.H. (2018) : 액체 탄화수소의 초음파 보조 산화 탈황을위한 Sonoreactor 최적화. 석유 과학 기술 Vol. 36, 문제 13, 2018.
- 프라자파티, A.K.; 싱, 주식회사 굽타, S.P.; 미쉬라, A. (2018) : 초음파 통합 산화 기술에 의한 원유 의 탈황. 이즈르드 – 과학 연구를 위한 국제 저널 & 개발 Vol. 6, 문제 02, 2018.
- 셰이건, Z.; 라자기, 엠; 니아에이, A.; 살라리, 디; 타바, M.T.S.; Akbari, A.N. (2013) : 초음파 보조 촉매 산화 공정을 사용하여 가스 오일의 유황 제거 및 최적의 조건 연구. 한국J. Chem. Eng., 30(9), 2013. 1751-1759.
- 슈티맥, A.; 이반체비치, B.; 잠브로시치, K. (2001) : 조선 산업을위한 초음파 균질화의 특성.
초음파 보조 산화 탈황화에 대한 연구 결과 (UAOD)
프라자파티 외 (2018) 초음파 통합 산화 기술에 의한 원유 탈황. 이즈르드 – 과학 연구를 위한 국제 저널 & 개발 Vol. 6, 문제 02, 2018.
Prajapati 외.(2018)는 초음파 보조 산화 탈황 (UAOD)을위한 Hielscher 초음파 반응기의 이점을 설명합니다. UAOD는 고압, 고온 수황화 장비, 보일러, 수소 플랜트 및 유황 회수 장치. 초음파 보조 산화 탈황은 훨씬 더 온화한 조건, 더 빠르고 안전하며 훨씬 경제적으로 유황을 심층적으로 제거하는 공정을 수행 할 수 있게합니다.
초음파 보조 산화 탈황 (UAOD) 공정은 디젤 오일 및 석유 제품 공급 원료 모델 유황 화합물 (벤조티오페네, 디벤조티오펜 및 디메틸디벤조티오펜)에 적용되었습니다. 초음파 처리의 산화양, 추출 단계용 용매의 부피, 시간 및 온도의 영향 (UIP1000hdT, 20 kHz, 750 W, 40 %에서 작동 조사를 받았다. UAOD에 최적화된 조건을 사용하여 H의 어금니 비율을 사용하여 석유 제품 공급 원료의 모델 화합물에 대해 최대 99%의 유황 제거를 달성했습니다.2영형2:아세트산:64:300:1의 황, 90ºC에서 초음파 처리 후 9분 후, 메탄올로 추출(0.36의 최적화된 용매 및 오일 비)을 추출합니다. 동일한 시약량과 9분의 초음파를 사용하여 유황을 제거한 것은 디젤 오일 시료의 경우 75% 이상 높았다.
높은 초음파 진폭의 중요성
원유의 상업적 규모의 산화 탈황의 초음파 강화는 약의 높은 진동 진폭을 유지할 수있는 산업 규모의 유동 초음파 프로세서의 사용을 필요로 80 – 100 미론s. 진폭은 초음파 캐비테이션생성 전단력의 강도와 직접적으로 관련이 있으며, 혼합이 효율적이기 위해서는 충분히 높은 수준으로 유지되어야 합니다.
Prajapati 등의 실험은 초음파가 탈황 반응을 향상시킨다는 것을 보여줍니다. 탈황 효율은 약 93.2%였습니다. 고성능 초음파가 적용될 때.
셰이건 외 (2013) 초음파 보조 촉매 산화 공정을 이용한 가스 오일 의 유황 제거 및 최적의 조건 연구. 2013년 9월 한국화학공학저널 30(9) 1751-1759.
초음파 보조 산화 탈황 공정 (UAOD)은 다양한 유형의 황 함량을 함유하는 가스 오일의 황 화합물을 줄이기 위해 적용되었습니다. 환경 규제는 황 화합물을 제거하기 위해 매우 깊은 탈황을 필요로한다. UAOD는 운영 비용이 낮고 안전 및 환경 보호가 높은 유망한 기술입니다. 이소부탄올을 사용하는 것이 TOAB보다 훨씬 경제적이기 때문에 전형적인 상 전달제(테트라록틸-암모늄-브로마이드)가 이소부탄올로 대체된 것은 처음으로 오염이 없음을 부과한다. 반응은 다양한 온도와 최적의 지점에서 수행되었다, 단일, 2 및 3 단계 절차에서, H의 점진적 증가의 효과를 조사2영형2 그리고 TOAB 대신 이소부타놀을 사용하고 있습니다. 오일 상에서의 총 황 농도는 ASTM-D3120 방법으로 분석하였다. 9,500 mg/kg의 유황을 함유한 가스 오일의 경우 62±2°C에서 180.3 mmol의 H를 180.3mmol에서 17분 동안 3단계로 제거한 것이 가장 높은 제거2영형2 메탄올에 의해 사용 및 추출을 수행했다.
아크바리 외 (2014) MoO를 통해 모델 디젤의 산화 탈황에 적용 된 초음파의 공정 변수 및 강화 효과 조사삼/Al2영형삼 촉매. 초음파 소노화학 21(2), 2014년 3월. 692–705.
MoO로 구성된 새로운 이질적 소동 촉매 시스템삼/Al2영형삼 촉매 및 H2영형2 초음파와 결합하여 디젤의 모델 유황 화합물의 산화를 개선하고 가속화하여 공정 효율성을 크게 향상시켰습니다. 촉매의 특성, 활동 및 안정성에 대한 초음파의 영향은 GC-FID, PSD, SEM 및 BET 기술을 통해 자세히 연구되었습니다. 1000 μg/g 황을 함유하는 모델 디젤에서 DBT의 98% 이상 변환은 H에서 새로운 초음파 보조 탈황에 의해 수득되었습니다.2영형2/황 몰 비 3, 온도 318 K 및 30 g/L 반응 후 30 g/L의 촉매 투여량, 무음 공정 동안 얻어진 55% 변환과는 반대. 이러한 개선은 작동 파라미터 및 촉매 특성에 의해 상당히 영향을 받았다. 주요 공정 변수의 효과는 초음파에 비해 침묵 공정에서 응답 표면 방법론을 사용하여 조사되었다. 초음파는 오일 상에서 수소 결합 및 탈래의 파손에 의해 촉매와 산화제의 좋은 분산을 제공했습니다. 촉매 표면에 불순물의 증착은 재활용 촉매에 의한 6주기 의 침묵 반응 후에 단지 5%의 DBT 산화를 초래하는 자동 실험에서 빠른 비활성화를 일으켰다. DBT의 95% 이상은 초음파 처리 시 표면을 세척하여 안정성이 크게 개선된 6회 초음파 보조 사이클 후에 산화되었다. 모델 연료에서 촉매의 분산을 더 많이 제공할 수 있는 3시간 초음파 처리 후에도 상당한 입자 크기 감소가 관찰되었습니다.
아프잘리니아 외 (2016) 촉매로서 아민 기능화 Zn(II)-계 MOF에 캡슐화된 인산화산에 의한 액체 연료의 초음파 보조 산화 탈황 공정. 초음파 소노화학 2016
이 작품에서, 액체 연료의 초음파 보조 산화 탈황 (UAOD) 새로운 이질성이 높은 분산 케긴 형 인산 (H)로 수행삼비밀 번호12영형40, PTA) 아미노 기능화된 MOF(TMU-17-NH2)로 캡슐화된 촉매. 제조 된 복합체는 모델 연료의 산화 탈황에서 높은 촉매 활성 및 재사용성을 나타낸다. 초음파 보조 산화 탈황 (UAOD)은 온화한 조건하에서 황 함유 화합물의 산화 반응을 신속하고 경제적으로, 환경 친화적이고 안전하게 수행하는 새로운 방법입니다. 초음파파는 반응 시간을 단축하고 산화 탈황 시스템 성능을 향상시키는 효율적인 도구로 적용될 수 있습니다. PTA@TMU-17-NH2는 추출 용매로서 MeCN이 존재할 때 촉매 20 mg, O/S 몰 비 1:1에 의해 모델 오일의 탈황을 완전히 수행할 수 있었다. 얻어진 결과는 DBT를 DBTO2로 의 전환이 주변 온도에서 15분 후에 98%를 달성한다는 것을 나타냈다. 이 작품에서, 우리는 처음으로 초음파 조사에 의해 TMU-17-NH2 및 PTA/TMU-17-NH2 복합체를 준비하고 UAOD 프로세스에서 채택했습니다. 제조된 촉매는 PTA 침출 및 활성의 손실 없이 우수한 재사용성을 나타낸다.