Ultrasoniski atbalstīta oksidatīvā desulfurizācija (UAODS)

Sulfur-containing compounds in crude oil, petroleum, diesel and other fuel oils include sulfides, thiols, thiophenes, substituted benzo- and dibenzothiophenes (BTs and DBTs), benzonaphthothiophene (BNT), and many more complex molecules, in which the condensed thiophenes are the most common forms. Hielscher ultrasonic reactors assist the oxidative deep desulfurization process required to meet the today’s stringent environmental regulations and ultra-low sulfur diesel (ULSD, 10ppm sulfur) specifications.

Oksidatīvā desulfurizācija (ODS)

Oksidatīvā desulfurizācija ar ūdeņraža peroksīdu un turpmāka šķīdinātāja ekstrakcija ir divpakāpju dziļa desulfurizācijas tehnoloģija, lai samazinātu organosulfuru savienojumu daudzumu degvieleļļās. Hielscher ultraskaņas reaktori tiek izmantoti abos posmos, lai uzlabotu fāzes pārneses reakcijas kinētiku un izšķīdināšanas ātrumu šķidrās un šķidrās fāzes sistēmās.

Blokshēma ultrasoniski atbalstītai oksidatīvai desulfurizācijai – 2 posmi

Ultrasoniski atbalstītas oksidatīvās desulfurizācijas pirmajā posmā ūdeņraža peroksīds tiek izmantots kā oksidants, lai selektīvi oksidētu sēra saturošās molekulas, kas atrodas degvieleļļās, uz to atbilstošajiem sulfoksīdiem vai sulfoniem vieglos apstākļos, lai palielinātu to šķīdību polārajos šķīdinātājos, palielinot to polaritāti. Šajā posmā polārās ūdens fāzes un nepolārās organiskās fāzes nešķīdība ir nozīmīga problēma oksidatīvās desulfurizācijas procesā, jo abas fāzes reaģē viena ar otru tikai starpfāzē. Bez ultraskaņas tas rada zemu reakcijas ātrumu un lēnu organosulfura pārveidošanu šajā divfāžu sistēmā.

Ultraskaņas emulgācija

Eļļas fāze un ūdens fāze tiek sajauktas un iesūknētas statiskā maisītājā, lai iegūtu pamata emulsiju ar nemainīgu tilpuma attiecību, kas pēc tam tiek ievadīta ultraskaņas sajaukšanas reaktorā. Tur ultraskaņas kavitācija rada augstu hidraulisko bīdi un sadala ūdens fāzi sub-mikronu un nanoizmēra pilienos. Tā kā fāzes robežas īpatnējais virsmas laukums ietekmē ķīmisko reakcijas ātrumu, šis ievērojamais pilienu diametra samazinājums uzlabo reakcijas kinētiku un samazina vai novērš nepieciešamību pēc fāzes pārneses līdzekļiem. Izmantojot ultraskaņu, peroksīda tilpuma procentuālo daudzumu var samazināt, jo smalkākām emulsijām ir nepieciešams mazāks tilpums, lai nodrošinātu tādu pašu kontakta virsmu ar eļļas fāzi.

Ultrasoniski atbalstīta oksidācija

Ultraskaņas kavitācija rada intensīvu vietējo apkuri (~ 5000K), augstu spiedienu (~ 1000atm), milzīgus apkures un dzesēšanas ātrumus (>10⁹ K/sec), and liquid jet streams (~1000 km/h). This extremely reactive environment oxidizes thiophenes in the oil phase faster and more completely to greater polar sulfoxide and sulfones. Catalyst can further support the oxidation process but they are not essential. Amphiphilic emulsion catalysts or phase-transfer catalysts (PTC), such as quaternary ammonium salts with their unique capability to dissolve in both aqueous and organic liquids have been shown to incorporate with the oxidant and transport it from the interface phase to the reaction phase, thereby enhancing the reaction rate. Fenton’s reagent can be added to enhance the oxidative desulfurization efficiency for diesel fuels and it shows a good synergetic effect with the sono-oxidation processing.

Uzlabota masas pārsūtīšana ar jaudu-ultraskaņu

Kad organosulfurie savienojumi reaģē uz fāzes robežu, sulfoksīdi un sulfoni uzkrājas pie ūdens pilienu virsmas un bloķē citu sēra savienojumu mijiedarbību ūdens fāzē. Hidrauliskā bīde, ko izraisa kavitācijas strūklas plūsmas un akustiskā straumēšana, izraisa turbulentu plūsmu un materiālu transportēšanu no un uz pilienu virsmām un noved pie atkārtotas saplūšanas un turpmākas jaunu pilienu veidošanās. Tā kā oksidācija laika gaitā progresē, ultraskaņas apstrāde maksimāli palielina reaģentu iedarbību un mijiedarbību.

Sulfonu fāzes pārneses ekstrakcija

Pēc oksidēšanas un atdalīšanas no ūdens fāzes (H2O2) sulfonus var ekstrahēt, izmantojot polāru šķīdinātāju, piemēram, acetonitrilu otrajā posmā. Sulfoni pārnesīsies pie fāzes robežas starp abām fāzēm uz šķīdinātāja fāzi, lai iegūtu augstāku polaritāti. Līdzīgi kā pirmajā posmā, Hielscher ultraskaņas reaktori palielina šķidruma-šķidruma ekstrakciju, veicot smalka izmēra turbulentu šķīdinātāja fāzes emulsiju eļļas fāzē. Tas palielina fāzes kontakta virsmu un rada ekstrakciju un samazina šķīdinātāju izmantošanu.