Ультразвуковая окислительная десульфуризация (UAODS)

Серосодержащие соединения в сырой нефти, нефти, дизельном топливе и других мазутах включают сульфиды, тиолы, тиофены, замещенные бензо- и дибензотиофены (БТ и ДБТ), бензонафтотиофен (BNT) и многие более сложные молекулы, в которых наиболее распространенными формами являются конденсированные тиофены. Ультразвуковые реакторы Hielscher способствуют процессу глубокой окислительной глубокой сероочистки, необходимому для соответствия современным строгим экологическим нормам и спецификациям дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы (ULSD, 10 ppm серы).

Окислительная десульфуризация (ОРВ)

Окислительная десульфуризация перекисью водорода с последующей экстракцией растворителем представляет собой двухступенчатую технологию глубокой сероочистки для снижения количества серорганических соединений в мазуте. Ультразвуковые реакторы Хильшера используются на обеих ступенях для улучшения кинетики реакции фазового переноса и скорости растворения в системах жидкость-жидкость.

Технологическая схема ультразвуковой окислительной десульфурации – 2 Этапы

На первой стадии ультразвуковой окислительной десульфурации перекись водорода используется в качестве окислителя для селективного окисления серосодержащих молекул, присутствующих в мазутах, до соответствующих им сульфоксидов или сульфонов в мягких условиях для повышения их растворимости в полярных растворителях с увеличением их полярности. На данном этапе нерастворимость полярной водной фазы и неполярной органической фазы является существенной проблемой в процессе окислительной десульфурации, так как обе фазы реагируют друг с другом только в интерфазе. Без ультразвука это приводит к низкой скорости реакции и медленному превращению сероорганических соединений в этой двухфазной системе.

Ультразвуковая эмульгация

Масляная фаза и водная фаза смешиваются и закачиваются в статический смеситель для получения основной эмульсии с постоянным объемным соотношением, которая затем подается в реактор ультразвукового смешивания. В нем ультразвуковая кавитация создает высокий гидравлический сдвиг и разбивает водную фазу на субмикронные и наноразмерные капли. Поскольку удельная площадь поверхности фазовой границы влияет на скорость химической реакции, это значительное уменьшение диаметра капель улучшает кинетику реакции и снижает или устраняет необходимость в агентах для фазового переноса. С помощью ультразвука можно снизить объемный процент перекиси, потому что более мелкие эмульсии требуют меньшего объема для обеспечения одинаковой поверхности контакта с масляной фазой.

Ультразвуковое окисление

Ультразвуковая кавитация приводит к интенсивному локальному нагреву (~5000 К), высокому давлению (~1000 атм), огромной скорости нагрева и охлаждения (>10⁹ К/сек), и жидкие струйные течения (~1000 км/ч). Эта чрезвычайно реакционноспособная среда быстрее и полнее окисляет тиофены в масляной фазе до больших полярных сульфоксидов и сульфонов. Катализаторы могут дополнительно поддерживать процесс окисления, но они не являются необходимыми. Было показано, что амфифильные эмульсионные катализаторы или катализаторы с фазовым переносом (PTC), такие как четвертичные аммониевые соли с их уникальной способностью растворяться как в водных, так и в органических жидкостях, объединяются с окислителем и переносят его из фазы раздела раздела в фазу реакции, тем самым увеличивая скорость реакции. Реагент Фентона может быть добавлен для повышения эффективности окислительной десульфурации дизельного топлива, и он показывает хороший синергетический эффект при обработке сонокислением.

Улучшенный массоперенос с помощью мощного ультразвука

Когда сероорганические соединения реагируют на границе фаз, сульфоксиды и сульфоны накапливаются на поверхности водной капли и блокируют взаимодействие других соединений серы в водной фазе. Гидравлический сдвиг, вызванный кавитационными струйными потоками и акустическими потоками, приводит к турбулентному потоку и переносу материала от капельных поверхностей и к ним, а также к повторному коалесцентному движению и последующему образованию новых капель. По мере того, как окисление прогрессирует с течением времени, ультразвук максимизирует воздействие и взаимодействие реагентов.

Экстракция сульфонов с фазовым переносом

После окисления и отделения от водной фазы (H2O2) сульфоны могут быть экстрагированы с помощью полярного растворителя, такого как ацетонитрил на второй стадии. Сульфоны переходят на границе фаз между обеими фазами в фазу растворителя для получения более высокой полярности. Как и на первом этапе, ультразвуковые реакторы Hielscher ускоряют экстракцию жидкость-жидкость за счет создания мелкодисперсной турбулентной эмульсии фазы растворителя в масляной фазе. Это увеличивает поверхность фазового контакта и приводит к экстракции и снижению расхода растворителя.

От лабораторных испытаний до опытного масштаба и производства

Hielscher Ultrasonics предлагает оборудование для тестирования, проверки и использования этой технологии в любом масштабе. В основном это делается всего в 4 шага.

1. Смешайте масло с H2O2 и ультразвуком для окисления сернистых соединений
2. Центрифуга для отделения водной фазы
3. Смешайте масляную фазу с растворителем и ультразвуком для извлечения сульфонов
4. Центрифуга для отделения фазы растворителя с сульфонами

В лабораторных масштабах вы можете использовать UP200Ht для демонстрации концепции и настройки основных параметров, таких как концентрация перекиси, температура процесса, время и интенсивность ультразвука, а также использование катализатора или растворителя.
На настольном уровне мощный ультразвуковой аппарат, такой как UIP1000hdT или UIP2000hdT, позволяет независимо моделировать обе ступени при расходе от 100 до 1000 л/ч (от 25 до 250 галлонов/ч) и оптимизировать параметры процесса и ультразвука. Ультразвуковое оборудование Hielscher предназначено для линейного масштабирования до больших объемов обработки в пилотном или производственном масштабе. Установки Hielscher доказали свою надежную работу при работе с большими объемами процессов, включая рафинирование топлива. Hielscher производит контейнерные системы, объединяя несколько наших устройств высокой мощности мощностью 10 или 16 кВт в кластеры для легкой интеграции. Также доступны конструкции, отвечающие требованиям опасных условий окружающей среды. В таблице ниже указаны объемы обработки и рекомендуемые размеры оборудования.

Установка с 192 кВт мощных ультразвуковых аппаратов для сероочистки сырой нефти