Ultraschallënnerstëtzt oxidativ Entschwiefelung (UAODS)

Zu de schwiefelhaltege Verbindungen a Réiueleg, Pëtrol, Diesel an anere Brennueleger gehéiere Sulfiden, Thiolen, Thiophenen, substituéiert Benzo- an Dibenzothiophenen (BTs an DBTs), Benzonaphthothiophen (BNT) a vill weider komplex Moleküllen, woubäi déi kondenséiert Thiophenen déi heefegst Forme sinn. D’Ultraschallreaktere vun Hielscher ënnerstëtzen de Prozess vun der déifgräifender oxidativer Entschwiefelung, deen néideg ass, fir déi haiteg streng Ëmweltvirschrëften an d’Spezifikatioune fir Diesel mat engem ultraniddrege Schwiefelgehalt (ULSD, 10ppm Schwiefel) ze erfëllen.

Oxidativ Entschwiefelung (ODS)

D’oxidativ Entschwiefelung mat Waasserstoffperoxid an uschléissender Léisungsmëttelextraktioun ass eng zweestufeg Technologie fir eng déifgräifend Entschwiefelung, fir d’Quantitéit un organesche Schwiefelverbindungen a Brennueleger ze reduzéieren. D’Ultraschallreaktere vun Hielscher ginn a béide Stufen agesat, fir d’Reaktiounskinetik beim Phasentransfer an d’Opléisungsgeschwindegkeeten a Flësseg-Flësseg-Phasesystemer ze verbesseren.

Flossschema fir d’ultraschallënnerstëtzt oxidativ Entschwiefelung – 2 Stufen

An der éischter Stuf vun der ultraschallënnerstëtzter oxidativer Entschwiefelung gëtt Waasserstoffperoxid als Oxidatiounsmëttel agesat, fir déi schwiefelhalteg Moleküllen, déi an de Brennueleger enthale sinn, ënner milde Bedéngunge selektiv zu den entspriechende Sulfoxiden oder Sulfonen ze oxidéieren, fir duerch eng Erhéijung vun hirer Polaritéit hir Léislechkeet a polare Léisungsmëttelen ze erhéijen. An dëser Stuf ass d’géigesäiteg Onléislechkeet vun der polarer wässerlecher Phas an der onpolarer organescher Phas e wesentleche Problem am Prozess vun der oxidativer Entschwiefelung, well déi zwou Phasen nëmmen un der Phasengrenz matenee reagéieren. Ouni Ultraschall féiert dat zu enger niddreger Reaktiounsgeschwindegkeet an enger lueser Ëmsetzung vun organesche Schwiefelverbindungen an dësem Zweephasesystem.

Emulgéierung mat Ultraschall

D’Uelegphas an déi wässerlech Phas gi gemëscht an an e statesche Mëscher gepompelt, fir eng Basismulsioun mat engem konstante Volumeverhältnis ze produzéieren, déi duerno an den Ultraschallmëschreakter geleet gëtt. Do erzeugt d’Ultraschallkavitatioun héich hydraulesch Schéierkräften an zerdeelt déi wässerlech Phas an Drëpse mat Gréissten ënner engem Mikrometer an am Nanometerberäich. Well déi spezifesch Uewerfläch vun der Phasengrenz d’cheemesch Reaktiounsgeschwindegkeet beaflosst, verbessert dës bedeitend Reduktioun vum Drëpsenduerchmiesser d’Reaktiounskinetik a reduzéiert oder eliminéiert de Besoin u Phasentransferagenten. Mat Ultraschall kann de Volumenundeel vum Peroxid erofgesat ginn, well méi fein Emulsioune manner Volumen brauchen, fir déiselwecht Kontaktfläch mat der Uelegphas ze bidden.

Ultraschallënnerstëtzt Oxidatioun

D’Ultraschallkavitatioun erzeugt eng intensiv lokal Erhëtzung (~5000K), héich Drécker (~1000atm), enorm Erhëtzungs- an Ofkillgeschwindegkeeten (>10⁹ K/sec) a Flëssegkeetsstralen (~1000 km/h). Dëst extreem reaktiivt Ëmfeld oxidéiert Thiophenen an der Uelegphas méi séier a méi vollstänneg zu méi polare Sulfoxiden a Sulfonen. Katalysatore kënnen den Oxidatiounsprozess weider ënnerstëtzen, si sinn awer net onbedéngt néideg. Et gouf gewisen, datt amphiphil Emulsiounskatalysatoren oder Phasentransferkatalysatoren (PTC), wéi quaternär Ammoniumsalzer mat hirer eenzegaarteger Fäegkeet, sech souwuel a wässerlechen ewéi och an organesche Flëssegkeeten opzeléisen, sech mam Oxidatiounsmëttel verbannen an et vun der Grenzflächephas an d’Reaktiounsphas transportéieren, wouduerch si d’Reaktiounsgeschwindegkeet erhéijen. D’Fenton-Reagens kann derbäigesat ginn, fir d’Effizienz vun der oxidativer Entschwiefelung vun Dieselbrennstoffer ze erhéijen, an et weist e gudde synergeteschen Effekt mat der Sonooxidatiounsbehandlung.

Verbesserte Stofftransfer duerch Héichleeschtungsultraschall

Wann déi organesch Schwiefelverbindungen un enger Phasengrenz reagéieren, sammelen d’Sulfoxiden an d’Sulfonen sech op der Uewerfläch vun de wässerlechen Drëpsen un a verhënneren, datt aner Schwiefelverbindungen un der wässerlecher Phas interagéieren. Déi hydraulesch Schéierkräften, déi duerch Kavitatiounsstralen an akustesch Stréimunge verursaacht ginn, féieren zu enger turbulenter Stréimung an zu engem Stofftransport vun an zu den Drëpsenuewerflächen, souwéi zum widderhuelten Zesummefléissen an der uschléissender Bildung vun neien Drëpsen. Wärend d’Oxidatioun mat der Zäit virugeet, maximéiert d’Ultraschallbehandlung de Kontakt an d’Interaktioun vun de Reagenzien.

Phasentransferextraktioun vu Sulfonen

No der Oxidatioun an der Oftrennung vun der wässerlecher Phas (H2O2) kënnen d’Sulfonen an der zweeter Stuf mat engem polare Léisungsmëttel, wéi Acetonitril, extrahéiert ginn. Wéinst hirer méi héijer Polaritéit ginn d’Sulfonen un der Phasengrenz tëscht deenen zwou Phasen an d’Léisungsmëttelphas iwwer. Genee wéi an der éischter Stuf verstäerken d’Ultraschallreaktere vun Hielscher d’Flësseg-Flësseg-Extraktioun, andeems si eng feindrëpseg turbulent Emulsioun vun der Léisungsmëttelphas an der Uelegphas erzeugen. Dat vergréissert d’Kontaktfläch tëscht de Phasen a féiert zu enger Extraktioun an engem reduzéierte Léisungsmëttelverbrauch.

Vu Labortester iwwer de Pilotmoossstaf bis zur Produktioun

Hielscher Ultrasonics bitt Ausrüstung, fir dës Technologie an all Moossstaf ze testen, ze iwwerpréiwen an ze notzen. Am Fong geschitt dat an nëmme 4 Schrëtt.

1. Ueleg mat H2O2 mëschen a mat Ultraschall behandelen, fir d’Schwiefelverbindungen ze oxidéieren
2. Zentrifugéieren, fir déi wässerlech Phas ofzetrennen
3. D’Uelegphas mat Léisungsmëttel mëschen a mat Ultraschall behandelen, fir d’Sulfonen ze extrahéieren
4. Zentrifugéieren, fir d’Léisungsmëttelphas mat de Sulfonen ofzetrennen

Am Labormoossstaf kënnt Dir en UP200Ht benotzen, fir d’Konzept ze demonstréieren an d’Grondparameter anzestellen, wéi d’Peroxidkonzentratioun, d’Prozesstemperatur, d’Dauer an d’Intensitéit vun der Ultraschallbehandlung souwéi de Katalysator- oder Léisungsmëttelverbrauch.
Um Labordësch erlaabt e leeschtungsstaarken Ultraschallapparat wéi den UIP1000hdT oder den UIP2000hdT, béid Stufen onofhängeg vuneneen bei Duerchflossrate vun 100 bis 1000L/hr (25 bis 250 gal/hr) ze simuléieren an d’Prozess- an Ultraschallparameter ze optiméieren. D’Ultraschallausrüstung vun Hielscher ass fir eng linear Skaléierung op méi grouss Veraarbechtungsvolumenen am Pilot- oder Produktiounsmoossstaf ausgeluecht. D’Anlage vun Hielscher funktionéieren noweislech zouverlässeg bei Prozesser mat grousse Volumenen, dorënner d’Raffinéiere vu Brennstoffer. Hielscher produzéiert Systemer a Containeren, déi e puer vun eisen Héichleeschtungsapparater mat 10kW oder 16kW zu Gruppe kombinéieren, fir eng einfach Integratioun ze erméiglechen. Ausféierungen, déi d’Ufuerderunge fir geféierlech Ëmfeld erfëllen, sinn och disponibel. D’Tabell hei drënner weist d’Veraarbechtungsvolumenen an déi recommandéiert Gréisste vun der Ausrüstung.

Anlag mat 192 kW un Héichleeschtungsultraschallapparater fir d’Entschwiefelung vu Réiueleger