Związki zawierające siarkę w ropie naftowej, ropie naftowej, oleju napędowym i innych olejach opałowych obejmują siarczki, tiole, tiofeny, podstawione benzo- i dibenzotiofeny (BT i DBT), benzonaftotiofen (BNT) i wiele bardziej złożonych cząsteczek, w których skondensowane tiofeny są najczęstszymi formami. Reaktory ultradźwiękowe Hielscher wspomagają proces głębokiego odsiarczania oksydacyjnego wymagany do spełnienia dzisiejszych rygorystycznych przepisów dotyczących ochrony środowiska i specyfikacji oleju napędowego o bardzo niskiej zawartości siarki (ULSD, 10 ppm siarki).

Proces odsiarczania poprzez utlenianie (ODS),

Proces odsiarczania poprzez utlenianie za pomocą nadtlenku wodoru, a następnie ekstrakcji rozpuszczalnikiem jest dwustopniowa technika głębokiego odsiarczania w celu zmniejszenia ilości związki siarkoorganiczne olejów paliwowych. Hielscher ultradźwiękowe reaktory są stosowane w dwóch etapach w celu poprawienia kinetyki reakcji przeniesienia fazowego i szybkości rozpuszczania w systemach faz ciecz-ciecz.

Schemat blokowy dla ultradźwiękami Assisted odsiarczania oksydacyjnego – 2 etapach

W pierwszym etapie za pomocą ultradźwięków wspomaganego odsiarczania poprzez utlenianie, nadtlenek wodoru stosuje się jako utleniacz, w celu selektywnego utlenienia cząsteczki zawierające siarkę, które występują w oleju z paliwa do ich odpowiednich sulfotlenków lub sulfonów, w łagodnych warunkach, w celu zwiększenia ich rozpuszczalności w rozpuszczalnikach polarnych ze wzrostem w ich polaryzacji. Na tym etapie, brak rozpuszczalności polarnej fazy wodnej i fazy organicznej z niepolarnym jest znaczącym problemem w procesie oksydacyjnego odsiarczania, ponieważ oba etapy reakcji ze sobą tylko na granicy faz. Bez ultradźwięków, powoduje niską szybkość reakcji i powoli konwersji siarkoorganiczne w tym układzie dwufazowym.

ultradźwiękowy Emulsyfikacja

Faza olejowa i faza wodna są mieszane i pompowane do mieszalnika statycznego w celu wytworzenia podstawowej emulsji o stałym stosunku objętościowym, która jest następnie podawana do ultradźwiękowego reaktora mieszającego. Tam kawitacja ultradźwiękowa wytwarza wysokie ścinanie hydrauliczne i rozbija fazę wodną na kropelki submikronowe i nanorozmiarowe. Ponieważ powierzchnia właściwa granicy faz ma wpływ na szybkość reakcji chemicznej, to znaczne zmniejszenie średnicy kropli poprawia kinetykę reakcji i zmniejsza lub eliminuje potrzebę stosowania środków przenoszących fazę. Za pomocą ultradźwięków można obniżyć procentową objętość nadtlenku, ponieważ drobniejsze emulsje wymagają mniejszej objętości, aby zapewnić taką samą powierzchnię kontaktu z fazą olejową.

Ultradźwiękami Assisted Utlenianie

Kawitacja ultradźwiękowa intensywnym ogrzewaniu tworzy lokalną (~ 5000K), wysokie ciśnienie (~ 1000atm) ogromną ogrzewania i chłodzenia (>10⁹ K / s) i strumienie ciekłego strumienia (~ 1000 km / h). To ekstremalnie reaktywne środowisko utlenia tiofeny w fazie olejowej szybciej i bardziej do bardziej polarnego sulfotlenku i sulfonów. Katalizator może dalej wspierać proces utleniania, ale nie są one niezbędne. Wykazano, że amfifilowe katalizatory emulsyjne lub katalizatory przeniesienia fazowego (PTC), takie jak czwartorzędowe sole amoniowe z ich unikalną zdolnością do rozpuszczania zarówno w wodnych, jak i organicznych cieczach, zawierają z utleniaczem i przenoszą go z fazy przejściowej do fazy reakcji, przez co zwiększenie szybkości reakcji. Odczynnik Fentona można dodać w celu zwiększenia skuteczności oksydacyjnego odsiarczania olejów napędowych i wykazuje dobry efekt synergiczny z przetwarzaniem sono-oksydacyjnym.

Wzmocniony transfer masy za pomocą ultradźwięków mocy

Gdy związki siarkoorganiczne reakcję na granicy faz, Sulfotlenki i sulfony gromadzić na powierzchni kropelek wodnego i zablokować inne związki siarki z interakcji w fazie wodnej. Nożyce hydrauliczne spowodowane strumieniami kawitacyjnych strumieniowych akustyczny wyniku strumieniowej turbulentny i transportu materiału z i do powierzchni kropel i prowadzi do koalescencji i następnie wielokrotnym powstawania nowych kropel. W miarę postępu utleniania przez czas sonikacji zwiększa ekspozycję i interakcję z reagentów.

Ekstrakcja fazy transferu sulfonów

Po utlenieniu i oddzieleniu od fazy wodnej (H2O2), sulfony mogą być ekstrahowane przy użyciu rozpuszczalnika polarnego, takiego jak acetonitryl w drugim etapie. Sulfony przeniosą się na granicy faz między obiema fazami do fazy rozpuszczalnika ze względu na ich wyższą polarność. Podobnie jak w pierwszym etapie, reaktory ultradźwiękowe Hielschera zwiększają ekstrakcję ciecz-ciecz, tworząc drobnoziarnistą turbulentną emulsję fazy rozpuszczalnika w fazie olejowej. Zwiększa to powierzchnię kontaktu fazy i wyniki ekstrakcji oraz zmniejsza zużycie rozpuszczalnika.

Od badań laboratoryjnych do skali pilotowej i Produkcji

Hielscher Ultrasonics oferuje sprzęt do testowania, weryfikacji i wykorzystania tej technologii w dowolnej skali. Zasadniczo odbywa się to w 4 etapach, tylko.

1. Wymieszać olej z H2O2 i poddać działaniu ultradźwięków w celu utlenienia związków siarki.
2. Wirówka do oddzielania fazy wodnej
3. Zmieszać fazę olejową rozpuszczalnikiem i sonifikowano wyodrębnić sulfony
4. Wirówka do oddzielania fazy rozpuszczalnika z sulfonów

W skali laboratoryjnej można stosować UP200Ht wykazać koncepcję i dostosować podstawowych parametrów, takich jak stężenie nadtlenku, temperatura procesu, czas sonikacji i intensywności, jak katalizator lub użycia rozpuszczalników.
Na poziomie bench-top potężny sonikator, taki jak UIP1000hdT lub UIP2000hdT, pozwala symulować oba etapy niezależnie przy natężeniach przepływu od 100 do 1000 l/h (25 do 250 gal/h) oraz optymalizować parametry procesu i sonikacji. Sprzęt ultradźwiękowy Hielscher jest przeznaczony do liniowego skalowania do większych objętości przetwarzania w skali pilotażowej lub produkcyjnej. Instalacje Hielscher sprawdzają się niezawodnie w procesach o dużej objętości, w tym w rafinacji paliw. Hielscher produkuje systemy kontenerowe, łącząc kilka naszych urządzeń o dużej mocy 10 kW lub 16 kW w klastry w celu łatwej integracji. Dostępne są również konstrukcje spełniające wymagania środowiska niebezpiecznego. Poniższa tabela zawiera listę wielkości przetwarzania i zalecanych rozmiarów sprzętu.

Ultradźwiękowy system mieszania – 2 łańcuchów 6x10kW (2x120m³/ H)

Korzyści wynikające z zastosowania ultradźwięki

UAODS oferuje znaczące zalety w porównaniu z HDS. Tiofeny, podstawiony benzo, a dibenzotiofeny utlenia się w łagodnych warunkach temperatury i ciśnienia. W związku z tym, drogie wodoru nie jest wymagana co czyni ten proces bardziej nadaje się do małych i średniej wielkości rafinerii, lub wyizolowane rafinerie nie znajdujące się w pobliżu rurociągu wodoru. Zwiększona szybkość reakcji i łagodne temperatury reakcji i ciśnienia pracy uniknąć kosztownych bezwodnych lub aprotonowych rozpuszczalników.
Integracja ultradźwiękami wspomaga proces odsiarczania poprzez utlenianie (UAODS) Urządzenie do konwencjonalnej jednostki hydrorafinacji może poprawić wydajność w produkcji paliw o niskich i / lub ultra-niska Diesla siarki. Technologia ta może być stosowany przed lub po konwencjonalnej hydrotreatement w celu obniżenia zawartości siarki.
Proces UAODS może obniżyć koszty kapitałowe szacunkowe o ponad połowę w porównaniu do kosztów nowej wysokociśnieniowej hydrorafinacji.

Wady hydroodsiarczania (HDS)

Podczas hydroodsiarczania (HDS) jest wysoce wydajny sposób usuwania tioli, siarczki i dwusiarczki, to jest trudny do usunięcia materiałów ogniotrwałych zawierających związki siarki, takie jak dibenzotiofen i jego pochodne (na przykład 4,6-dimethydibenzothiophene 4,6-DMDBT) na bardzo niskim poziomie. Wysokie temperatury, wysokie ciśnienie i wysokie zużycie wodoru są jazdy w górę kosztów kapitałowych i operacyjnych z HDS do ultra-głębokim odsiarczania. Wysokie koszty kapitałowe i operacyjne są nieuniknione. Pozostałe śladowe ilości siarki może zatruwać katalizatory metali szlachetnych użytych w procesie ponownego formowania i przekształcanie lub katalizatory elektrod stosowanych w zestawach ogniw paliwowych.