Ультразвуковая вспомогательная окислительная десульфуризация (УАПС)

Серосодержащие соединения в сырой нефти, нефти, дизельного топлива и других топливных масел включают сульфиды, тиолы, тиофены, замещенные бензо- и ДИБЕНЗОТИОФЕНЫ (БПС и DBTS), Benzonaphthothiophene (BNT), и многие другие сложные молекулы, в которых конденсированные тиофенах являются наиболее распространенными формами. Hielscher ультразвуковые реакторы помогать окислительный глубокой сероочистки Процесс, необходимый для удовлетворения сегодняшних строгих экологических норм и ультра-низких содержания серы дизельного топлива (ULSD, 10ppm серы) технических характеристик.

Окислительный сероочистки (СОД)

Окислительное обессеривание с перекисью водорода и последующей экстракции растворителем является двухступенчатая технология глубокой десульфурации, чтобы уменьшить количество органических соединений серы в жидком топливе. Hielscher ультразвуковые реакторы используются на обоих этапах для улучшения кинетики реакции фазового переноса и растворения ставок в фазовых системах жидкость-жидкость.

Блок-схема ультразвуком Окислительный десульфуризации – 2 Этапы

На первом этапе ультразвука окислительного обессеривания, использует перекись водорода в качестве окислителя для селективного окисления содержащей серы молекулы, присутствующие в жидком топливе до соответствующих сульфоксидов или сульфонов в мягких условиях, чтобы повысить их растворимость в полярных растворителях, с увеличением в их полярности. На этом этапе, нерастворимость полярной водной фазы и неполярной органической фазы является существенной проблемой в процессе окислительного обессеривания, как обе фазы реагируют друг с другом только в интерфазе. Без ультраакустики, это приводит к низкой скорости реакции и медленным превращение сероорганического в этой двухфазной системе.

Ультразвуковая эмульсия

Масляная фаза и водная фаза смешивает закачивают в статический смеситель для получения основной эмульсии с постоянной объемной пропорцией, который затем подают в реактор ультразвукового смешивания. Там, ультразвуковая кавитация производит высокий гидравлический сдвиг и разбивает водную фазу в субмикронные и наноразмерных капель. В качестве удельной площади поверхности на границе раздела фаз оказывает большое влияние на скорость химической реакции это значительное уменьшение диаметра капель улучшает кинетику реакции и уменьшает или устраняет необходимость фазового переноса агентов. С помощью ультразвука, объемное процентное содержание пероксида может быть снижена, так как более тонкие эмульсии, нужно меньше объема, чтобы обеспечить ту же самую поверхность контакта с масляной фазой.

Окисление ультразвуком

Ультразвуковая кавитация производит интенсивный локальный нагрев (~ 5000K), высоких давлений (~ 1000atm), огромные скорости нагрева и охлаждения (>10 Лет^{9 До 9} K / sec), и струйные струи жидкости (~ 1000 км / ч). Эта чрезвычайно реакционная среда окисляет тиофены в масляной фазе быстрее и более полностью до больших полярных сульфоксидов и сульфонов. Катализатор может дополнительно поддерживать процесс окисления, но они не являются существенными. Было показано, что катализаторы амфифильной эмульсии или катализаторы переноса фазы (PTC), такие как соли четвертичного аммония, с их уникальной способностью растворяться как в водных, так и в органических жидкостях, включают в себя с окислителем и переносят его из фаз раздела в реакционную фазу, тем самым повышая скорость реакции. Реагент Фентона может быть добавлен для повышения эффективности окислительной десульфурации для дизельных топлив, и он демонстрирует хороший синергетический эффект при обработке соноокисления.

Улучшенная массообмена

Когда сероорганические соединения реагируют на границе раздела фаз, сульфоксиды и сульфоны накапливаются на водной поверхности капли и блокировать другие соединения серы из взаимодействующих в водной фазе. Гидравлический сдвиг, вызванный кавитационными струйных потоками и акустической результате потоковой передачи в турбулентном потоке и транспортировке материала и из капельных поверхностей и приводит к повторным коалесценции и последующему образованию новых капель. По мере того как окисление прогрессирует с течением времени, обработка ультразвук увеличивает экспозицию и взаимодействие реагентов.

Фаза Передача Добыча сульфоны

После окисления и отделения от водной фазы (H₂О₂), Сульфоны могут быть извлечены с использованием полярного растворителя, такого как ацетонитрил на второй стадии. Сульфоны будут передавать на границе раздела фаз между обеими фазами в фазу растворителя для их более высокой полярности. Так же, как на первом этапе, Hielscher ультразвуковых реакторы повысить жидкостно-жидкостную экстракцию пути изготовления тонкого размера турбулентных эмульсий фазы растворителя в масляной фазе. Это приводит к увеличению контакта фаз поверхности и результаты экстракции и снижение расхода растворителя.

От лабораторного тестирования до экспериментальной шкалы и производства

Hielscher Ультразвук предлагает оборудование для тестирования, проверки и использовать эту технологию в любом масштабе. В основном это делается в 4 этапа, только.

1. Смешать масло с H₂О₂ и разрушать ультразвук для окисления соединений серы
2. Центрифуга для разделения водной фазы
3. Смешайте масляную фазу с растворителем и разрушать ультразвук для извлечения сульфонов
4. Центрифуга для разделения фазы растворителя с сульфонами

В лабораторных масштабах, можно использовать UP200Ht, чтобы продемонстрировать концепцию и корректировать основные параметры, такие как концентрация перекиси, температуры процесса, время обработки ультразвука и интенсивность, а также в качестве катализатора или использование растворителя.
На верхнем уровне a Uip1000hd позволяет моделировать обе стадии независимо друг от друга при скорости потока от 100 до 1000L / ч (от 25 до 250 л / ч), а также с целью оптимизации процесса и параметров обработки ультразвуком. Хильшер ультразвуковое оборудование предназначено для линейного расширения масштабов до больших объемов переработки на пилотной или промышленном масштабе. Hielscher установка доказана, чтобы надежно работать при высоких объемных процессах, в том числе переработки топлива. Хильшер производит контейнерные системы, объединяя несколько из нашего высокой мощности 10 кВт или устройств 16KW для кластеров для легкой интеграции. Конструкции для удовлетворения требований опасных сред доступны, тоже. В таблице ниже приведены объемы переработки и рекомендуемых размеров оборудования.

Ультразвуковая система смешивания – 2 жилы 6x10kW (2x120m³/ Час)

Преимущества использования Ultrasonication

UAODS предлагает значительные преимущества по сравнению с HDS. Тиофены, замещенные бензо- и дибензотиофены окисляются при низких температуре и давлении. Поэтому, дорого водород не требуется сделать этот процесс более подходит для малых и средних размеров заводов, или изолированного нефтеперерабатывающих заводов, не расположенные рядом с трубопроводом водорода. Увеличена скорость реакции и мягкая температура реакции и давление во избежание применения дорогой безводных или апротонных растворителей.
Интеграция блока ультразвуковой помощи окислительного обессеривания (UAODS) с помощью обычного блока гидроочистки может повысить эффективность в производстве низкого и / или ультра-низкое содержание серы дизельного топлива. Эта технология может быть использована до или после обычного hydrotreatement, чтобы понизить уровень серы.
Процесс UAODS может снизить затраты на оценку капитала более чем вдвое по сравнению со стоимостью нового гидроочистки высокого давления.

Недостатки гидродесульфуризации (ГДС)

Хотя гидродесульфуризация (HDS) является высокоэффективным способом удаления тиолов, сульфидов и дисульфидов, трудно удалить тугоплавкие серосодержащие соединения, такие как дибензотиофен и его производные (например, 4,6-диметилдибензотиофен 4,6-DMDBT) к ультранизкому уровню. Высокие температуры, высокое давление и высокое потребление водорода приводят к росту капитальных и эксплуатационных расходов HDS для ультра-глубокой десульфурации. Высокие капитальные и эксплуатационные расходы неизбежны. Оставшиеся следовые уровни серы могут отравлять катализаторы благородных металлов, используемые в процессе повторного формования и трансформирования, или электродные катализаторы, используемые в топливных элементах.