Technologia ultradźwiękowa firmy Hielscher

Ultradźwiękowe odsiarczanie paliwa żeglugowego

  • Paliwa żeglugowe podlegają nowym przepisom, które wymagają zawartości siarki w wysokości 0,5% m/m lub mniejszej.
  • Odsiarczanie wspomagane ultradźwiękami (UAOD) jest uznaną metodą, która przyspiesza reakcję utleniania i jest procesem ekonomicznym i bezpiecznym.
  • Procesy UAOD mogą być prowadzone w temperaturze otoczenia i ciśnieniu atmosferycznym i pozwalają na selektywne usuwanie związków siarki z paliw węglowodorowych.
  • Wysokowydajne systemy ultradźwiękowe firmy Hielscher są łatwe w instalacji i bezpieczne w obsłudze na pokładzie lub na lądzie.

Paliwa żeglugowe o niskiej zawartości siarki

Międzynarodowa Organizacja Morska (IMO) wdrożyła nowe przepisy, zgodnie z którymi od stycznia 2020 r. statki morskie na całym świecie są zobowiązane do stosowania paliw żeglugowych o zawartości siarki 0,5% m/m. Te nowe przepisy wymagają głębokich zmian w przetwarzaniu paliw żeglugowych: w celu spełnienia nowych norm dla paliw o niskiej zawartości siarki wymagany jest efektywny proces odsiarczania.
Odsiarczanie ultradźwiękowe (UAOD) ciekłych paliw węglowodorowych, takich jak benzyna, benzyna, benzyna, olej napędowy, paliwo żeglugowe itp. jest wysoce wydajną i opłacalną metodą usuwania siarki ze strumieni dużych ilości paliw ciężkich.

Odsiarczanie ultradźwiękowo wspomagane odsiarczaniem (UAOD)

Wykres przepływowy 2-stopniowej oksydacyjnej odsiarczania ultradźwiękowego

Odsiarczanie utleniające

Odsiarczanie tlenowe (ODS) jest przyjazną dla środowiska i ekonomiczną alternatywą dla hydroodsiarczania (HDS), ponieważ utlenione związki siarki można znacznie łatwiej oddzielić od ciężkich olejów opałowych. Po etapie schładzania utleniającego ekstrahowane związki siarki są rozdzielane metodami fizycznymi, np. przy użyciu niemieszającego się rozpuszczalnika polarnego, adsorpcji lub separacji odśrodkowej. Alternatywnie, rozkład termiczny może być użyty do usunięcia utlenionej siarki.
W przypadku reakcji odsiarczania utleniającego, utleniacz (np. wodór H2O2chloryn sodu NaClO2, podtlenek azotu N2O, periodian sodu NaIO4), wymagany jest katalizator (np. kwasy) oraz odczynnik do przenoszenia fazowego. Odczynnik do przenoszenia faz pomaga wspierać heterogeniczną reakcję pomiędzy fazą wodną i olejową, co jest ograniczającym stopniem reakcji ODS.

Korzyści płynące z UAOD

  • wysoce wydajny – do 98% odsiarczania.
  • ekonomiczne: niskie nakłady inwestycyjne, niskie koszty operacyjne
  • brak zatrucia katalizatorem.
  • łatwe, liniowe skalowanie
  • bezpieczny w obsłudze
  • ląd & instalacja morska (pokładowa)
  • szybki RoI
Odsiarczanie ultradźwiękowe paliw do statków morskich

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Odsiarczanie ultradźwiękowo wspomagane odsiarczaniem tlenowym

Podczas gdy hydroodsiarczanie (HDS) wymaga wyższych kosztów inwestycyjnych, wysokiej temperatury reakcji do 400ºC i wysokiego ciśnienia do 100atm w reaktorach, proces odsiarczania wspomaganego ultradźwiękami (UAOD) jest znacznie wygodniejszy, wydajniejszy i bardziej ekologiczny. UAOD znacznie zwiększa reaktywność katalitycznego usuwania siarki i jednocześnie oferuje niższe koszty eksploatacji, większe bezpieczeństwo i ochronę środowiska. Przemysłowe systemy reaktorów przepływowych ultradźwiękowych zwiększają szybkość odsiarczania dzięki wysoce efektywnej dyspersji i tym samym ulepszonej kinetyce reakcji. Ponieważ przetwarzanie ultradźwiękowe zapewnia nanoskalowe dyspersje, przenoszenie masy pomiędzy różnymi fazami reakcji heterogenicznej jest drastycznie zwiększone.
Potężne ultradźwiękowe kawitacyjnyUltradźwiękowe (akustyczne) kawitacja zwiększa szybkość reakcji i przenoszenie masy w ekstremalnych warunkach, które są osiągane w punktach zapalnych kawitacyjnych. Podczas implozji pęcherzyków kawitacyjnych osiągane są bardzo wysokie temperatury rzędu 5.000 K, bardzo szybkie tempo chłodzenia, ciśnienia rzędu 2.000atm oraz odpowiednio ekstremalne różnice temperatur i ciśnień. W wyniku implozji pęcherzyka kawitacyjnego powstają również strumienie cieczy o prędkości do 280 m/s, co powoduje powstawanie bardzo dużych sił ścinających. Te nadzwyczajne siły mechaniczne przyspieszają czas reakcji utleniania i zwiększają wydajność konwersji siarki w ciągu kilku sekund.

Kompleksowe usuwanie siarki

Podczas gdy merkaptany, tioetery, siarczki i disulfidy mogą być usuwane w konwencjonalnym procesie hydroodsiarczania (HDS), do usuwania tiofenów, benzotiopenów (BT), dibenzotiofenów (DBT) i 4,6-dimetylodibenzotiofenów (4,6-DMDBT) wymagana jest bardziej zaawansowana metoda. Odsiarczanie ultradźwiękowe jest bardzo skuteczne w usuwaniu nawet trudno usuwalnych związków siarki ogniotrwałych (np. 4,6-dimetylodibenzotiofenu i innych pochodnych tiofenu podstawionych alkilami). Ebrahimi et al. (2018) sprawozdanie a wydajność odsiarczania do 98,25% przy użyciu sonoreaktora Hielschera zoptymalizowany pod kątem usuwania siarki. Ponadto, ultradźwiękowo utlenione związki siarki mogą być oddzielone za pomocą podstawowego płukania wodą.

Za pomocą wieloetapowego ultradźwiękowego odsiarczania oksydacyjnego (UAOD) istotnie zwiększono stopień odsiarczania siarki. (Shayegan et al. 2013)

Efekt wieloetapowego procesu UAOD przy optymalnych parametrach.

Test wykonalności odsiarczania ultradźwiękowego za pomocą UP400S

Shayegan et al. 2013 combined ultrasonication (UP400S) z nadtlenkiem wodoru jako utleniaczem, FeSO jako katalizatorem, kwasem octowym jako regulatorem pH i metanolem jako rozpuszczalnikiem do ekstrakcji w celu zmniejszenia zawartości siarki w oleju napędowym.
Stałe szybkości reakcji podczas odsiarczania utleniającego mogą być znacznie zwiększone przez dodanie jonów metalu jako katalizatora i przy użyciu sonizacji. Energia ultradźwiękowa może zmniejszyć energię aktywacji reakcji. Obróbka ultradźwiękami przerywa warstwę graniczną między katalizatorami stałymi a odczynnikami i zapewnia jednorodną mieszaninę katalizatorów i odczynników. – poprawiając tym samym kinetykę reakcji.
Proces ekstrakcji siarki jest kluczowym etapem procesu odsiarczania, którego celem jest odzyskanie całkowitej ilości odsiarczonego oleju napędowego. Stosowanie ekstrakcji ciecz-ciecz przy użyciu metanolu jako rozpuszczalnika jest prostym procesem ekstrakcyjnym, ale dla zapewnienia wysokiej wydajności niezbędne jest efektywne mieszanie niemieszalnych faz. Tylko wtedy, gdy pomiędzy fazami ma miejsce maksymalny interfejs, a następnie maksymalny transfer masy, osiągana jest wysoka wydajność ekstrakcji. Ultrasonizacja i wytwarzanie kawitacji akustycznej zapewnia intensywne mieszanie faz reaktora i obniża energię aktywacji reakcji.

Wysokowydajne urządzenia ultradźwiękowe do odsiarczania paliwa żeglugowego

Hielscher Ultrasonics jest liderem na rynku systemów ultradźwiękowych dużej mocy do wymagających zastosowań, takich jak UAOD na skalę przemysłową. Wysokie amplitudy do 200 µm, praca 24/7 przy pełnym obciążeniu, duża wytrzymałość i łatwość obsługi to kluczowe cechy ultradźwiękowych urządzeń firmy Hielscher. Systemy ultradźwiękowe różnych klas mocy i różnych akcesoriów, takich jak sonotrody i geometria reaktora przepływowego, pozwalają na najbardziej odpowiednie dostosowanie systemu ultradźwiękowego do konkretnego paliwa, wydajności przetwarzania i środowiska.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
10 do 2000mL 20-400mL/min UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Skorzystaj z formularza poniżej, jeśli chcesz zażądać dodatkowych informacji na temat ultradźwiękowej homogenizacji. Chętnie zaoferujemy Państwu system ultradźwiękowy, spełniający Państwa wymagań.









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne ultradźwięki do zastosowań sonochemicznych.

Wysokowydajne procesory ultradźwiękowe od laboratorium do skali pilotażowej i przemysłowej.

Literatura / Referencje

  • Ebrahimi, S.L.; Khosravi-Nikou, M.R.; Hashemabadi, S.H. (2018): Optymalizacja ultradźwiękowa dla wspomaganej ultradźwiękowo oksydacyjnej odsiarczania ciekłych węglowodorów. Petroleum Science and Technology Vol. 36, wydanie 13, 2018.
  • Prajapati, A.K.; Singh, S.K.; Gupta, S.P.; Mishra, A. (2018): Odsiarczanie ropy naftowej za pomocą zintegrowanej technologii ultradźwiękowej. IJSRD – Międzynarodowy Dziennik Badań Naukowych & Development Vol. 6, Issue 02, 2018.
  • Shayegan, Z.; Razzaghi, M.; Niaei, A.; Salari, D.; Tabar, M.T.S.; Akbari, A.N. (2013): Usuwanie siarki z oleju napędowego za pomocą wspomaganego ultradźwiękowo procesu katalitycznego utleniania i badanie jego optymalnych warunków. Koreański J. Chem. Eng., 30(9), 2013. 1751-1759.
  • Štimac, A.; Ivančević, B.; Jambrošić, K. (2001): Charakterystyka homogenizatorów ultradźwiękowych dla przemysłu stoczniowego.


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 et al. (2018) opisują korzyści płynące z zastosowania reaktora ultradźwiękowego Hielscher'a do wspomaganego ultradźwiękowo odsiarczania (UAOD). UAOD stał się realną alternatywą dla tradycyjnej technologii hydrorafinacji, na którą negatywny wpływ mają znaczne koszty inwestycyjne i operacyjne związane z wysokociśnieniowymi, wysokotemperaturowymi urządzeniami do hydroodsiarczania, kotłami, elektrowniami wodorowymi i jednostkami odzysku siarki. Odsiarczanie wspomagane ultradźwiękami 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.