Wyniki badań nad ultradźwiękowo wspomaganym odsiarczaniem tlenowym (UAOD)

Prajapati et al. (2018): Odsiarczanie ropy naftowej za pomocą zintegrowanej technologii ultradźwiękowej.. IJSRD – Międzynarodowy Dziennik Badań Naukowych & Development Vol. 6, Issue 02, 2018.
Prajapati i in. (2018) opisują korzyści płynące z zastosowania reaktora ultradźwiękowego Hielschera do wspomaganego ultradźwiękami odsiarczania oksydacyjnego (UAOD). UAOD stała się realną technologią alternatywną dla tradycyjnej hydrorafinacji, która jest osłabiona przez znaczne koszty inwestycyjne i operacyjne ze względu na wysokociśnieniowe, wysokotemperaturowe urządzenia do hydroodsiarczania, kotły, instalacje wodorowe i instalacje do odzyskiwania siarki. Wspomagane ultradźwiękami odsiarczanie oksydacyjne pozwala na przeprowadzenie procesu głębokiego usuwania siarki w znacznie łagodniejszych warunkach, szybciej, bezpieczniej i znacznie bardziej ekonomicznie.
Proces odsiarczania oksydacyjnego wspomaganego ultradźwiękami (UAOD) stosowano do olejów napędowych i substratów produktów naftowych zawierających modelowe związki siarki (benzotiofen, dibenzotiofen i dimetylodibenzotiofen). Wpływ ilości utleniacza, objętości rozpuszczalnika na etap ekstrakcji, czasu i temperatury obróbki ultradźwiękowej (UIP1000hdT20 kHz, 750 W, pracując przy 40%). Wykorzystując zoptymalizowane warunki dla UAOD, uzyskano usunięcie siarki do 99% dla związków modelowych w surowcach produktów ropopochodnych przy zastosowaniu proporcji molowej dla H₂O₂:kwas octowy: siarka 64:300:1, po 9 minutach obróbki ultradźwiękowej w temperaturze 90ºC, a następnie ekstrakcja metanolem (zoptymalizowany stosunek rozpuszczalnika i oleju 0,36). Przy zastosowaniu tej samej ilości odczynnika i 9-minutowego ultradźwięku usunięcie siarki było wyższe niż 75% w przypadku próbek oleju napędowego.
Znaczenie wysokich amplitud ultradźwiękowych
Intensyfikacja ultradźwiękowa odsiarczania ropy naftowej na skalę komercyjną wymaga zastosowania procesora ultradźwiękowego o wielkości przemysłowej, który jest w stanie utrzymać wysokie amplitudy drgań rzędu 80 – 100 mikronóws. Amplitudy odnoszą się bezpośrednio do natężenia generowanych przez kawitacje ultradźwiękowe sił ścinających i muszą być utrzymywane na wystarczająco wysokim poziomie, aby mieszanie było efektywne.
Eksperymenty przeprowadzone przez Prajapati et al. pokazują, że ultradźwięki wzmacniają reakcję odsiarczania. Skuteczność odsiarczania wynosiła około 93,2%. w przypadku zastosowania wysokowydajnych ultradźwięków.

Shayegan et al. (2013): Usuwanie siarki z oleju napędowego za pomocą wspomaganego ultradźwiękowo procesu katalitycznego utleniania i badanie jego optymalnych warunków.. Koreański Dziennik Inżynierii Chemicznej 30(9), wrzesień 2013 r. 1751-1759.
UAOD (Ultrasound-assisted oxidative desulfurization process) zastosowano do redukcji związków siarki w oleju gazowym zawierających różne rodzaje zawartości siarki. Regulacje środowiskowe wymagają bardzo głębokiego odsiarczania w celu wyeliminowania związków siarki. UAOD jest obiecującą technologią o niższych kosztach operacyjnych i wyższym poziomie bezpieczeństwa i ochrony środowiska. Po raz pierwszy typowy czynnik przenoszący fazę (tetraoktylo-amoniowy-bromek) został zastąpiony izobutanolem, ponieważ stosowanie izobutanolu jest znacznie bardziej ekonomiczne niż TOAB, nie powodując zanieczyszczenia. Reakcję przeprowadzono w optymalnym punkcie z różnymi temperaturami, w procedurach jedno-, dwu- i trzyetapowych, badając efekt stopniowego wzrostu stężenia H₂O₂ i TOAB zamiast izobutanolu. Całkowite stężenie siarki w fazie olejowej analizowano metodą ASTM-D3120. Najwyższe usunięcie około 90% dla oleju napędowego zawierającego 9.500 mg/kg siarki osiągnięto w trzech etapach w ciągu 17 minut procesu w temperaturze 62±2°C, kiedy to 180,3 mmol H₂O₂ został użyty, a ekstrakcja została przeprowadzona przy użyciu metanolu.

Akbari et al. (2014): Badanie zmiennych procesowych i efektów intensyfikacji ultradźwięków stosowanych w odsiarczaniu oksydacyjnym modelu oleju napędowego nad MoO₃/Al₂O₃ katalizator. Ultrasonics Sonochemistry 21(2), marzec 2014 r. 692–705.
Nowy, heterogeniczny system sonokatalityczny składający się z systemu MoO₃/Al₂O₃ Katalizator i H₂O₂ w połączeniu z ultrasonizacją badano w celu poprawy i przyspieszenia utleniania modelowych związków siarki w olejach napędowych, co w rezultacie doprowadziło do znacznego zwiększenia efektywności procesu. Wpływ ultradźwięków na właściwości, aktywność i stabilność katalizatora badano szczegółowo za pomocą technik GC-FID, PSD, SEM i BET. Powyżej 98% konwersji DBT w modelu oleju napędowego zawierającego 1000 μg/g siarki uzyskano w wyniku nowego odsiarczania wspomaganego ultradźwiękami w H₂O₂/sulfur molowy stosunek 3, temperatura 318 K i dozowanie katalizatora 30 g/L po 30 min reakcji, w przeciwieństwie do 55% konwersji otrzymanej w procesie cichym. Na poprawę tę istotnie wpłynęły parametry pracy i właściwości katalizatora. Efekty głównych zmiennych procesu badano za pomocą metodyki powierzchni odpowiedzi w procesie cichym w porównaniu z procesem ultradźwiękowym. Ultradźwięki zapewniły dobrą dyspersję katalizatora i utleniacza poprzez zerwanie wiązań wodorowych i ich dezagregację w fazie olejowej. Osadzanie zanieczyszczeń na powierzchni katalizatora spowodowało szybką dezaktywację w cichych eksperymentach, w wyniku czego po 6 cyklach cichej reakcji katalizatora pochodzącego z recyklingu uległo jedynie 5% utlenianiu DBT. Ponad 95% DBT zostało zoksydowane po 6 cyklach wspomaganych ultradźwiękami, wykazując znaczną poprawę stabilności poprzez oczyszczenie powierzchni w trakcie ultradźwięków. Znaczne zmniejszenie wielkości cząstek zaobserwowano również po 3h sonizacji, która mogła zapewnić większą dyspersję katalizatora w paliwie modelowym.

Afzalinia et al. (2016): Wspomagany ultradźwiękowo proces odsiarczania paliw ciekłych kwasem fosfotungstycznym zamknięty w przenikającym aminofunkcjonalnym Zn(II)- opartym na MOF jako katalizatorze. Ultrasonics Sonochemistry 2016
W niniejszej pracy przeprowadzono ultradźwiękowe odsiarczanie oksydacyjne (UAOD) paliw ciekłych przy użyciu nowego, heterogenicznego, wysoce rozproszonego kwasu fosfotungstycznego typu keginowego (H₃PW₁₂O₄₀PTA), który został zamknięty w aminofunkcjonalnym MOF (TMU-17 -NH2). Przygotowany kompozyt wykazuje wysoką aktywność katalityczną i możliwość ponownego wykorzystania w odsiarczaniu oksydacyjnym modelowego paliwa. Odsiarczanie wspomagane ultradźwiękami (UAOD) jest nowym sposobem przeprowadzania reakcji utleniania związków siarki zawartych w sposób szybki, ekonomiczny, przyjazny dla środowiska i bezpieczny, w łagodnych warunkach. Fale ultradźwiękowe mogą być stosowane jako skuteczne narzędzie skracające czas reakcji i poprawiające wydajność systemu odsiarczania utleniającego. PTA@TMU-17-NH2 można było całkowicie odsiarczyć olej modelowy 20 mg katalizatora, stosunek molowy O/S 1:1 w obecności MeCN jako rozpuszczalnika ekstrakcyjnego. Uzyskane wyniki wskazują, że konwersje DBT do DBTO2 osiągają 98% po 15 minutach w temperaturze otoczenia. W pracy tej po raz pierwszy przygotowaliśmy kompozyty TMU-17-NH2 i PTA/TMU-17-NH2 naświetlane ultradźwiękami i stosowane w procesie UAOD. Przygotowany katalizator wykazuje doskonałą powtarzalność bez wymywania PTA i utraty aktywności.