Compușii care conțin sulf din țiței, petrol, motorină și alte păcuri includ sulfuri, tioli, tiofene, benzo- și dibenzotiofene substituite (BT și DBT), benzonaftotiofen (BNT) și multe molecule mai complexe, în care tiofenele condensate sunt cele mai comune forme. Hielscher reactoare cu ultrasunete ajuta procesul de desulfurare oxidativ profund necesar pentru a îndeplini reglementările stricte de mediu de astăzi și ultra-scăzut sulf diesel (ULSD, 10ppm sulf) specificații.

Oxidativa Desulfurarea (ODS)

desulfurarea oxidativă cu peroxid de hidrogen și de extracție cu solvent ulterior este o tehnologie în două etape profund desulfurization pentru a reduce cantitatea de compuși organosulfurici în uleiurile combustibile. Hielscher reactoare cu ultrasunete sunt utilizate în ambele stadii pentru a îmbunătăți cinetica reacțiilor cu transfer de fază și ratele de dizolvare în sistemele de fază lichid-lichid.

Flowchart pentru ultrasonically asistate oxidativa Desulfurarea – 2 Etape

În prima etapă a desulfurarea oxidativă ultrasonically asistate, peroxid de hidrogen este folosit ca oxidant pentru oxida selectiv moleculele care conțin sulf, care sunt prezente în uleiurile combustibile la sulfoxizi lor corespunzătoare sau sulfone în condiții blânde pentru a mări solubilitatea în solvenți polari, cu o creștere în polaritatea lor. În această etapă, insolubilitatea fazei apoase polară și faza organică nepolar este o problemă importantă în procesul de desulfurarea oxidativă ca ambele faze reacționează între ele numai la interfaza. Fara ultrasunetelor, aceasta are ca rezultat o rată scăzută de reacție și o conversie lentă a organosulfurici în acest sistem în două faze.

cu ultrasunete emulsificare

Faza de ulei și faza apoasă sunt amestecate și pompate într-un mixer static pentru a produce o emulsie de bază a unui raport volumetric constant, care este apoi alimentat la reactorul de amestecare cu ultrasunete. Acolo, cavitația cu ultrasunete produce forfecare hidraulică ridicată și rupe faza apoasă în picături submicronice și nanodimensionate. Deoarece suprafața specifică a limitei fazei influențează viteza chimică de reacție, această reducere semnificativă a diametrului picăturii îmbunătățește cinetica reacției și reduce sau elimină necesitatea agenților de transfer de fază. Folosind ultrasunete, procentul de volum al peroxidului poate fi redus, deoarece emulsiile mai fine au nevoie de volum mai mic pentru a asigura aceeași suprafață de contact cu faza de ulei.

Oxidarea ultrasonically asistate

Cavitatie cu ultrasunete produce încălzire intensă locală (~ 5000K), presiuni ridicate (~ 1000atm), încălzire enormă și ratele de răcire (>10⁹ K / sec) și fluxuri de jet de lichid (~ 1000 km / h). Acest mediu extrem de reactiv oxidează tiofenii în faza uleioasă mai rapid și mai complet la sulfoxidul polar și sulfurile mai mari. Catalizatorul poate sprijini în continuare procesul de oxidare, dar acestea nu sunt esențiale. Catalizatorii de emulsie amfifilă sau catalizatorii de transfer de fază (PTC), cum ar fi sărurile de amoniu cuaternar, cu capacitatea lor unică de dizolvare atât în ​​lichide apoase cât și organice, s-a dovedit că încorporează cu oxidantul și îl transportă din faza de interfață în faza de reacție, creșterea vitezei de reacție. Reactivul Fenton poate fi adăugat pentru a spori eficiența oxidării desulfurației pentru combustibilii diesel și prezintă un efect sinergetic bun cu procesarea sono-oxidării.

Transfer de masă îmbunătățit prin Power-Ultrasound

Când compușii organosulfurici reacționează la o limită de fază, sulfoxizii și sulfonele se acumulează la suprafața picăturilor apoase și blochează alți compuși cu sulf din care interacționează în faza apoasă. Forfecarea hidraulică cauzată de fluxuri cu jet de cavitaționale și rezultat de streaming acustic în curgere turbulentă și transportul materialului de la și la picaturi suprafețe și conduce la coalescența repetate și formarea ulterioară de noi picăturilor. Pe măsură ce oxidarea progresează în timp, sonicare maximizează expunerea și interacțiunea reactivilor.

Faza de transfer Extracția sulfone

După oxidare și separarea de faza apoasă (H2O2), sulfonele pot fi extrase folosind un solvent polar, cum ar fi acetonitrilul în a doua etapă. Sulfonele se transferă la limita de fază dintre cele două faze în faza solventului pentru polaritatea lor mai mare. La fel ca în prima etapă, reactoarele cu ultrasunete Hielscher stimulează extracția lichid-lichid prin realizarea unei emulsii turbulente de dimensiuni fine a fazei solventului în faza de ulei. Acest lucru crește suprafața de contact a fazei și rezultă extracția și utilizarea redusă a solvenților.

De la testele de laborator la scară pilot și producție

Hielscher Ultrasonics ofera echipamente pentru a testa, verifica și să utilizeze această tehnologie la orice scară. Practic se face în 4 etape, numai.

1. Se amestecă ulei cu H2O2 și sonicate pentru a oxida compușii de sulf
2. Se centrifughează pentru a separa faza apoasa
3. Se amestecă faza de ulei cu solvent și se supune sonicării pentru a extrage sulfonele
4. Se centrifughează pentru a separa faza de solvent cu sulfone

La scara de laborator, puteți utiliza un UP200Ht pentru a demonstra conceptul și ajustarea parametrilor de bază, cum ar fi concentrația de peroxid, temperatura de proces, timpul sonicare și intensitate precum și catalizator sau utilizarea solventului.
La nivel de banc-top un sonicator puternic, cum ar fi UIP1000hdT sau UIP2000hdT permite simularea ambelor etape independent la debite de la 100 la 1000L / oră (25 la 250 gal / oră) și pentru a optimiza parametrii de proces și sonicare. Hielscher echipamente cu ultrasunete este proiectat pentru scară liniară-până la volume mai mari de prelucrare la scară pilot sau de producție. Instalațiile Hielscher s-au dovedit a funcționa în mod fiabil pentru procesele cu volum mare, inclusiv rafinarea combustibilului. Hielscher produce sisteme containerizate, combinând mai multe dintre dispozitivele noastre de mare putere de 10kW sau 16kW la clustere pentru o integrare ușoară. De asemenea, sunt disponibile proiecte care să îndeplinească cerințele de mediu periculos. Tabelul de mai jos listează volumele de procesare și dimensiunile recomandate ale echipamentelor.

Sistem cu ultrasunete de amestec – 2 Suvite de 6x10kW (2x120m³/HR)

Beneficiile Utilizarea Ultrasonication

UAODS oferă avantaje semnificative în comparație cu HDS. Tiofenii, substituite benzo- și dibenzotiofeni sunt oxidate în condiții de temperatură și presiune joasă. De aceea, hidrogenul scump nu este necesar a face acest proces mai potrivite pentru rafinării de dimensiuni mici și medii, sau rafinăriile care nu sunt situate în apropierea unei conducte de hidrogen izolat. Viteza de reacție crește și temperatura de reacție ușoară și presiunea se evita angajarea solvenților anhidri sau aprotici scumpe.
Integrarea unei unități ultrasonically asistate desulfurarea oxidativă (UAODS) cu o unitate convențională prin hidrotratare poate îmbunătăți eficiența în producerea combustibililor cu conținut redus și / sau ultra-low diesel sulf. Această tehnologie poate fi utilizată înainte sau după hydrotreatement convențional pentru a reduce nivelul de sulf.
Procesul UAODS poate reduce costurile de capital estimarea cu mai mult de jumătate în comparație cu costul unei noi de hidrotratare de înaltă presiune.

Dezavantajele hidrodesulfurare (HDS)

Deși hidrodesulfurarea (HDS) este un procedeu extrem de eficient pentru îndepărtarea tiolilor, sulfurilor și disulfidelor, este dificil să se îndepărteze compușii cu conținut de sulf refractari cum ar fi dibenzotiofenul și derivații acestuia (de exemplu, 4,6-dimetidibenzotiofenul 4,6-DMDBT) la un nivel ultra-scăzut. Temperaturile ridicate, presiunile mari și consumul ridicat de hidrogen determină costurile de capital și de exploatare ale HDS pentru desulfurizarea ultra-profundă. Costurile mari de capital și de exploatare sunt inevitabile. Nivelele de sulf rămase pot otrăvi catalizatorii de metale nobile utilizați în procesul de transformare și transformare sau catalizatorii de electrozi utilizați în stive de celule de combustibil.