Ar ultraskaņu veicināta oksidatīvā atsērošana (UAODS)

Sēru saturošie savienojumi jēlnaftā, naftā, dīzeļdegvielā un citos šķidrajos naftas kurināmajos ietver sulfīdus, tiolus, tiofēnus, aizvietotus benzo- un dibenzotiofēnus (BTs un DBTs), benzonaftotiofēnu (BNT) un daudzas citas sarežģītas molekulas, kuru vidū visizplatītākās formas ir kondensētie tiofēni. Hielscher ultraskaņas reaktori veicina oksidatīvās dziļās atsērošanas procesu, kas nepieciešams, lai izpildītu mūsdienu stingrās vides aizsardzības prasības un dīzeļdegvielas ar īpaši zemu sēra saturu (ULSD, 10ppm sēra) specifikācijas.

Oksidatīvā atsērošana (ODS)

Oksidatīvā atsērošana ar ūdeņraža peroksīdu un tai sekojoša ekstrakcija ar šķīdinātāju ir divpakāpju dziļās atsērošanas tehnoloģija sērorganisko savienojumu daudzuma samazināšanai šķidrajos naftas kurināmajos. Hielscher ultraskaņas reaktorus izmanto abās pakāpēs, lai uzlabotu fāžu pārneses reakciju kinētiku un paātrinātu šķīšanu šķidruma–šķidruma fāžu sistēmās.

Ar ultraskaņu veicinātas oksidatīvās atsērošanas procesa shēma – 2 pakāpes

Ar ultraskaņu veicinātas oksidatīvās atsērošanas pirmajā pakāpē ūdeņraža peroksīdu izmanto kā oksidētāju, lai saudzīgos apstākļos selektīvi oksidētu šķidrajos naftas kurināmajos esošās sēru saturošās molekulas līdz atbilstošajiem sulfoksīdiem vai sulfoniem, palielinot to polaritāti un tādējādi arī šķīdību polāros šķīdinātājos. Šajā pakāpē polārās ūdens fāzes un nepolārās organiskās fāzes savstarpējā nešķīdība ir būtiska problēma oksidatīvās atsērošanas procesā, jo abas fāzes savstarpēji reaģē tikai uz fāžu robežvirsmas. Bez ultraskaņas tas rada zemu reakcijas ātrumu un lēnu sērorganisko savienojumu pārveidi šajā divfāžu sistēmā.

Emulģēšana ar ultraskaņu

Eļļas fāzi un ūdens fāzi sajauc un iesūknē statiskajā maisītājā, lai iegūtu sākotnējo emulsiju ar nemainīgu tilpumu attiecību, kuru pēc tam ievada ultraskaņas maisīšanas reaktorā. Tajā ultraskaņas kavitācija rada spēcīgu hidraulisko bīdi un sadala ūdens fāzi submikronu un nanoizmēra pilienos. Tā kā fāžu robežvirsmas īpatnējais laukums ietekmē ķīmiskās reakcijas ātrumu, šī būtiskā pilienu diametra samazināšanās uzlabo reakcijas kinētiku un samazina vai novērš nepieciešamību pēc fāžu pārneses aģentiem. Izmantojot ultraskaņu, peroksīda tilpumdaļu var samazināt, jo smalkākām emulsijām nepieciešams mazāks tilpums, lai nodrošinātu tādu pašu saskares virsmas laukumu ar eļļas fāzi.

Ar ultraskaņu veicināta oksidēšana

Ultraskaņas kavitācija rada intensīvu lokālu sakaršanu (~5000K), augstu spiedienu (~1000atm), ārkārtīgi lielu uzkaršanas un atdzišanas ātrumu (>10⁹ K/sec), kā arī šķidruma strūklas (~1000 km/h). Šī ārkārtīgi reaģētspējīgā vide ātrāk un pilnīgāk oksidē eļļas fāzē esošos tiofēnus līdz polārākiem sulfoksīdiem un sulfoniem. Katalizatori var papildus veicināt oksidēšanas procesu, taču tie nav obligāti nepieciešami. Ir pierādīts, ka amfifīli emulsijas katalizatori vai fāžu pārneses katalizatori (PTC), piemēram, kvartārie amonija sāļi ar to unikālo spēju šķīst gan ūdens, gan organiskajos šķidrumos, saistās ar oksidētāju un pārnes to no fāžu robežslāņa uz reakcijas fāzi, tādējādi palielinot reakcijas ātrumu. Dīzeļdegvielas oksidatīvās atsērošanas efektivitātes paaugstināšanai var pievienot Fentona reaģentu, kam ir laba sinerģiska iedarbība ar oksidēšanu ultraskaņas ietekmē.

Masas pārneses pastiprināšana ar lieljaudas ultraskaņu

Sērorganiskajiem savienojumiem reaģējot uz fāžu robežvirsmas, sulfoksīdi un sulfoni uzkrājas uz ūdens pilienu virsmas un neļauj citiem sēra savienojumiem mijiedarboties ar ūdens fāzi. Kavitācijas strūklu un akustiskās plūsmas radītā hidrauliskā bīde izraisa turbulentu plūsmu un vielu pārnesi uz pilienu virsmām un prom no tām, kā arī izraisa atkārtotu pilienu saplūšanu un tai sekojošu jaunu pilienu veidošanos. Oksidēšanai laika gaitā turpinoties, apstrāde ar ultraskaņu maksimāli palielina reaģentu saskari un mijiedarbību.

Sulfonu ekstrakcija ar fāžu pārnesi

Pēc oksidēšanas un atdalīšanas no ūdens fāzes (H2O2) otrajā pakāpē sulfonus var ekstrahēt, izmantojot polāru šķīdinātāju, piemēram, acetonitrilu. Lielākas polaritātes dēļ sulfoni uz abu fāžu robežvirsmas pāriet šķīdinātāja fāzē. Līdzīgi kā pirmajā pakāpē, Hielscher ultraskaņas reaktori pastiprina šķidruma–šķidruma ekstrakciju, veidojot eļļas fāzē smalku, turbulentu šķīdinātāja fāzes emulsiju. Tas palielina fāžu saskares virsmas laukumu, nodrošina ekstrakciju un samazina šķīdinātāja patēriņu.

No laboratorijas izmēģinājumiem līdz pilotmērogam un ražošanai

Hielscher Ultrasonics piedāvā iekārtas šīs tehnoloģijas izmēģināšanai, pārbaudei un izmantošanai jebkurā mērogā. Būtībā process tiek veikts tikai 4 soļos.

1. Sajauciet eļļu ar H2O2 un apstrādājiet ar ultraskaņu, lai oksidētu sēra savienojumus
2. Centrifugējiet, lai atdalītu ūdens fāzi
3. Sajauciet eļļas fāzi ar šķīdinātāju un apstrādājiet ar ultraskaņu, lai ekstrahētu sulfonus
4. Centrifugējiet, lai atdalītu šķīdinātāja fāzi ar sulfoniem

Laboratorijas mērogā varat izmantot UP200Ht, lai demonstrētu koncepciju un pielāgotu pamatparametrus, piemēram, peroksīda koncentrāciju, procesa temperatūru, apstrādes ar ultraskaņu ilgumu un intensitāti, kā arī katalizatora vai šķīdinātāja lietojumu.
Laboratorijas galda iekārtu mērogā jaudīga ultraskaņas apstrādes ierīce, piemēram, UIP1000hdT vai UIP2000hdT, ļauj neatkarīgi simulēt abas pakāpes pie plūsmas ātruma no 100 līdz 1000L/hr (no 25 līdz 250 gal/hr) un optimizēt procesa un apstrādes ar ultraskaņu parametrus. Hielscher ultraskaņas iekārtas ir paredzētas lineārai mēroga palielināšanai līdz lielākiem apstrādes apjomiem pilotmērogā vai ražošanas mērogā. Ir pierādīts, ka Hielscher iekārtu kompleksi uzticami darbojas liela apjoma procesos, tostarp degvielas pārstrādē. Hielscher ražo konteineros izvietotas sistēmas, apvienojot vairākas mūsu lieljaudas 10kW vai 16kW ierīces grupās ērtai integrācijai. Ir pieejami arī izpildījumi, kas atbilst bīstamas vides prasībām. Tālāk esošajā tabulā norādīti apstrādes apjomi un ieteicamie iekārtu lielumi.

Iekārtu komplekss ar lieljaudas ultraskaņas apstrādes ierīcēm ar kopējo jaudu 192 kW jēlnaftas atsērošanai