Ультразвуковая морская топливная дезульфуризация
- На морское топливо влияют новые правила, которые требуют содержания серы в 0,5% м/м или менее.
- Ультразвуковая окислительная десульфуризация (УАОД) является установленным методом, который ускоряет реакцию окисления и является экономичным и безопасным процессом.
- Процессы UAOD могут осуществляться при температуре окружающей среды и атмосферном давлении и позволяют селективно удалять соединения серы из углеводородного топлива.
- Высокопроизводительные ультразвуковые системы Hielscher просты в установке и безопасны для работы на борту или на суше.
Низкосернистые морские виды топлива
Международная морская организация (ИМО) ввела новые правила, согласно которым с января 2020 года морские суда во всем мире обязаны использовать морское топливо с содержанием серы 0,5%/м. Эти новые правила требуют глубоких изменений в переработке морского топлива: для выполнения новых норм в отношении низкосернистого топлива необходим эффективный процесс дезульфуризации.
Ультрасонически-помощь окислительной дезульфуризации (УАОД) жидкого углеводородного топлива, такого как бензин, нафта, дизельное топливо, морское топливо и т.д., является высокоэффективным и жизнеспособным методом удаления серы из больших объемов потоков тяжелого топлива.
Flowchart 2-ступенчатой ультразвуковой окислительной дезульфуризации
Оксидативная дезульфуризация
Оксидативная дезульфуризация (ODS) является экологически чистой и экономичной альтернативой гидродезульфуризации (HdS), поскольку окисленные соединения серы могут быть значительно легче отделены от тяжелых мазутов. После шага окислительной десуфуризации извлеченные соединения серы разделены физическими методами, например, с использованием неошибочного полярного растворителя и последующей гравитации, адсорбции или центробежного разделения. Кроме того, термическое разложение может быть использовано для удаления окисленной серы.
Для окислительной реакции дезульфуризации окислитель (например, водород H2О2, хлорит натрия NaClO2, закись азота N2O, периодиат натрия NaIO4), требуется катализатор (например, кислоты), а также реагент фазовой передачи. Реагент фазовой передачи помогает способствовать неоднородной реакции между водной и нефтяной фазами, что является шагом, ограничивающим скорость реакции ODS.
- высокоэффективный – до 98% десульфуризации
- экономичный: низкие инвестиции, низкие эксплуатационные расходы
- отсутствие отравления катализатором
- легкое, линейное масштабирование
- безопасно работать
- Береговых & оффшорная (бортовая) установка
- быстрый RoI
Ультрасонически-помощь окислительной дезульфуризации
В то время как гидродезерфизация (HDS) требует более высоких инвестиционных затрат, высокой температуры реакции до 400oC, а также высокого давления до 100атм в реакторах, процесс окислительной дезурификации при содействии ультразвука (UAOD) гораздо удобнее, эффективным и экологичным. UAOD значительно повышает реактивность каталитического удаления серы и предлагает в то же время более низкие эксплуатационные расходы, более высокую безопасность и защиту окружающей среды. Промышленные ультразвуковые системы реактора потока увеличивают тариф десульфуризации за счет высокоэффективной дисперсии и тем самым улучшают кинетику реакции. Поскольку ультразвуковая обработка обеспечивает наномасштабные дисперсии, массовая передача между различными фазами неоднородной реакции резко увеличивается.
Ультразвуковой (акустический) кавитация увеличивает скорость реакции и массовый перенос в экстремальных условиях, которые достигаются в кавитационных горячих точках. Во время взрыва кавитационного пузыря, очень высокие температуры около 5000K, очень быстрые скорости охлаждения, давление около 2000atm и соответственно экстремальные температуры и дифференциалы давления локально достигнуты. Имплозия кавитационного пузыря также приводит к попаренке жидкостных струй скорости до 280 м/с, что создает очень высокие силы сдвига. Эти чрезвычайные механические силы ускоряют время реакции окисления и повышают эффективность преобразования серы в течение нескольких секунд.
Более полное удаление серы
В то время как меркаптаны, тиоэтеры, сульфиды и дисульфиды могут быть удалены с помощью обычного процесса гидродезульфуризации (HDS), для удаления тиофенов, бензофиофенов (БТ), дибензофиофенов (ДБТ) и 4,6-диметилдибенциофенов (4,6-DMDBT) требуется более сложный метод. Ультразвуковая окислительная десульфуризация очень эффективна, когда дело доходит до удаления даже едва съемных рефракторовых соединений серы (например, 4,6-диметилдибензобиотофен и другие алкил-заменители производных тоофена). Эбрахими и др. (2018) эффективность десульфуризации до 98,25% с помощью сонореактора Хильшера оптимизирован для удаления серы. Кроме того, ультразонически окисленные соединения серы могут быть разделены с помощью основной промывки воды.
Влияние многоступенчатого процесса UAOD на оптимальные параметры
Ультразвуковой тест на гравитацию с UP400S
Shayegan et al. 2013 комбинированная ультразвуковаяUp400s) с перекисью водорода как окислитель, FeSO как катализатор, уксусная кислота как регулятор рН и метанол как растворитель извлечения для того чтобы уменьшить количество серы масла газа.
Константы скорости реакции во время окислительной дезульфуризации могут быть значительно увеличены путем добавления ионов металла в качестве катализатора и использования звуковой. Энергия ультразвука может уменьшить энергию активации реакции. Ультразвуковая обработка нарушает пограничный слой между твердыми катализаторами и реагентами и обеспечивает однородную смесь катализаторов и реагентов – улучшая тем самым кинетику реакции.
Процесс добычи серы является важным шагом в процессе дезульфуризации с целью восстановления общего объема десульфуризованного газового масла. Использование жидкой жидкости с использованием метанола в качестве растворителя является простым процессом извлечения, но для обеспечения высокой эффективности необходимо эффективное смешивание неизменяемых фаз. Только тогда, когда максимальный интерфейс и впоследствии максимальная передача массы происходят между фазами, достигается высокая скорость извлечения. Ультразвуковая а также генерация акустической кавитации обеспечивает интенсивное смешивание рецитирующих фаз и снижает энергию активации реакции.
Высокопроизводительные ультразвуковые установки для десульфуризации морского топлива
Hielscher Ultrasonics является лидером на рынке высокомощных ультразвуковых систем для требовательных приложений, таких как UAOD в промышленных масштабах. Высокие амплитуды до 200 м, 24/7 операции при полной нагрузке и тяжелой нагрузке, надежности и дружелюбии пользователей являются ключевыми особенностями ультразвуковых hielscher. Ультразвуковые системы различных классов мощности и различные аксессуары, такие как сонотроды и геометрии реактора потока позволяют наиболее подходящую адаптацию ультразвуковой системы к вашему конкретному топливу, вычислительной мощности и окружающей среде.
В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Скорость потока | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| От 10 до 2000 мл | От 20 до 400 мл / мин | UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4L / мин | UIP2000hdT |
| От 10 до 100 литров | От 2 до 10 л / мин | UIP4000hdT |
| не доступно | От 10 до 100 л / мин | UIP16000 |
| не доступно | больше | кластер UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Мощные ультразвуковые процессоры от лабораторных до пилотных и промышленных масштабов.
Литература / Ссылки
- Ebrahimi, S.L.; Khosravi-Nikou, M.R.; Hashemabadi, S.H. (2018): Sonoreactor optimization for ultrasound assisted oxidative desulfurization of liquid hydrocarbon. Petroleum Science and Technology Vol. 36, Issue 13, 2018.
- Prajapati, A.K.; Singh, S.K.; Gupta, S.P.; Mishra, A. (2018): Desulphurization of Crude Oil by Ultrasound Integrated Oxidative Technology. IJSRD – International Journal for Scientific Research & Development Vol. 6, Issue 02, 2018.
- Shayegan, Z.; Razzaghi, M.; Niaei, A.; Salari, D.; Tabar, M.T.S.; Akbari, A.N. (2013): Sulfur removal of gas oil using ultrasound-assisted catalytic oxidative process and study of its optimum conditions. Korean J. Chem. Eng., 30(9), 2013. 1751-1759.
- Štimac, A.; Ivančević, B.; Jambrošić, K. (2001): Characterization of Ultrasonic Homogenizers for Shipbuilding Industry.
Результаты исследований по ультрасонически-ассистированной окислительной дезульфуризации (UAOD)
Prajapati et al. (2018): Дезурфуризация сырой нефти с помощью ультразвуковой комплексной окислительной технологии. IJSRD – Международный журнал научных исследований & Развитие Vol. 6, выпуск 02, 2018.
Prajapati et al. (2018) описывают преимущества ультразвукового реактора Hielscher для ультразвуковой окислительной десульфуризации (UAOD). UAOD стала жизнеспособной альтернативной технологией для традиционной гидрообработки, которая страдает от значительных инвестиционных и эксплуатационных расходов из-за высокого давления, высокотемпературного гидродезархизационного оборудования, котлов, водородных установок и единицы восстановления серы. Ультразвуковая окислительная десульфуризация позволяет осуществлять процесс глубокого удаления серы в гораздо более мягких условиях, быстрее, безопаснее и гораздо более экономично.
Ультразвуковая окислительная десульфуризация (УАОД) была применена к дизельному маслу и нефтепродуктов, содержащим модели соединений серы (бензотиофен, дибензофиофен и диметилдибензофиофен). Влияние количества окислителя, объем растворителя для шага экстракции, время и температура ультразвуковой обработки (UIP1000hdT, 20 кГц, 750 Вт, работает на 40%) было расследовано. Используя оптимизированные условия для UAOD, удаление серы до 99% было достигнуто для типовых соединений в нефтепродуктов сырья с использованием молярной пропорции для H2О2: уксусная кислота: сера 64:300:1, после 9 мин ультразвукового лечения при 90oC, затем добыча с метанолом (оптимизированный растворитель и соотношение масла 0,36). Используя такое же количество реагентов и 9 мин ультразвука, удаление серы превышало 75% для образцов дизельного масла.
Важность высокозвуковых амплитуда
Ультразвуковая интенсификация окислительной десульфуризации сырой нефти в коммерческом масштабе требует использования сверхзвукового процессора промышленного размера, способного поддерживать амплитуды высокой вибрации 80 – 100 микронs. Амплитуды непосредственно связаны с интенсивностью ультразвуковых сдвига, генерируемых кавитациями сил и должны поддерживаться на достаточно высоком уровне, чтобы смешивание было эффективным.
Эксперименты, проведенные Prajapati et al. показывают, что ультразвуковость усиливает реакцию десульфуризации. Эффективность десульфуризации составила около 93,2% при применении высокопроизводительного ультразвука.
Shayegan et al. (2013): Удаление сыты газового масла с помощью ультразвукового каталитического окислительного процесса и изучения его оптимальных условий. Корейский журнал химической инженерии 30 (9), сентябрь 2013 года. 1751-1759.
Ультразвуковой процесс окислительной десульфуризации (УАОД) применялся для уменьшения соединений серы газового масла, содержащих различные виды содержания серы. Экологическое регулирование требует очень глубокой дезульфуризации для устранения соединений серы. UAOD является перспективной технологией с более низкими эксплуатационными расходами и более высокой безопасностью и защитой окружающей среды. Впервые типичный агент по передаче фазы (тетраоктил-аммоний-бромид) был заменен на изобутанол, поскольку использование изобутанала гораздо более экономично, чем ТОАБ, не навязывая загрязнения. Реакция проводилась в оптимальной точке с различными температурами, в одно-, двух- и трех ступенчатых процедурах, исследуя влияние постепенного увеличения H2О2 и TOAB используется вместо изобутанола. Общая концентрация серы в нефтяной фазе была проанализирована методом ASTM-D3120. Наибольшее удаление около 90% для газового масла, содержащего 9500 мг/кг серы, было достигнуто в три этапа в течение 17 минут процесса при 62'2'C, когда 180,3 ммоль H2О2 использовался и извлечения, осуществляемого метанолом.
Акбари и др. (2014): Исследование технологических переменных и интенсификационных эффектов ультразвука при окислительной десульфуризации модели дизельного топлива над МО3/Ал2О3 Катализатора. Ультразвуковая сонохимия 21 (2), март 2014 года. 692–705.
Новая неоднородная сонокаталитическая система, состоящая из МО3/Ал2О3 катализатор и H2О2 в сочетании с ультразвуковой была изучена для улучшения и ускорения окисления моделей соединений серы дизельного топлива, что привело к значительному повышению эффективности процесса. Влияние ультразвука на свойства, активность и стабильность катализатора было детально изучено с помощью методов GC-FID, PSD, SEM и BET. Выше 98% преобразования DBT в модели дизельного топлива, содержащего 1000 мкг/г серы был получен с помощью новых ультразвуковых десульфуризации на H2О2/Сера молярного соотношения 3, температура 318 K и катализатор дозировка 30 г/ л после 30 мин реакции, в отличие от 55% преобразования, полученного во время молчаливого процесса. Это улучшение значительно повлияло на параметры операции и свойства катализатора. Влияние основных переменных процесса исследуется с использованием методологии поверхности ответа в тихом процессе по сравнению с ультразвуковой. Ультразвук обеспечил хорошую дисперсию катализатора и окислителя путем поломки водородных связей и деагломерации их в нефтяной фазе. Осаждение примесей на поверхности катализатора вызвало быструю деактивацию в бесшумных экспериментах, в результате чего только 5% окисления ДБТ после 6 циклов безмолвной реакции переработанного катализатора. Выше 95% DBT был окислен после 6 ультразвуковых циклов, показывающих значительное улучшение стабильности путем очистки поверхности во время ультразвуковой. Значительное уменьшение размера частиц наблюдалось также после 3h звуковой, которые могли бы обеспечить более дисперсию катализатора в модели топлива.
Афзалиния и др. (2016): Ультразвуковой окислительный процесс дисульфуризации жидкого топлива фосфоунгстовой кислотой, инкапсулированной в интерпронетрактирующем интимно-функциональном зне (II) - основанном MOF в качестве катализатора. Ультразвуксоники Сонохимия 2016
В этой работе ультразвуковая окислительная десульфуризация (УАОД) жидкого топлива выполняется с новым неоднородным высокорассеянным фосфофонунгстовой кислотой типа Кеггин (H3Pw12 ЛетО40, PTA) катализатор, который инкапсулирован в амино-функционализированных MOF (TMU-17 -NH2). Подготовленный композит обладает высокой каталитической активностью и повторной эксплуатацией в окислительной десульфуризации модельного топлива. Ультразвуковая окислительная десульфуризация (УАОД) является новым способом выполнения окислительной реакции серосодержащих соединений быстро, экономически, экологически чистые и безопасно, в умеренных условиях. Ультразвуковые волны могут быть применены в качестве эффективного инструмента для уменьшения времени реакции и повышения производительности окислительной системы дезульфуризации. PTA-TMU-17-NH2 может быть полностью выполнена десульфуризация модельного масла на 20 мг катализатора, O/S молярное соотношение 1:1 в присутствии MeCN в качестве растворителя извлечения. Полученные результаты показали, что конверсии DBT в DBTO2 достигают 98% после 15 мин температуры окружающей среды. В этой работе мы впервые подготовили композит ТМУ-17-NH2 и ПТА/ТМУ-17-NH2 с помощью ультразвукового облучения и использовались в процессе УАОД. Подготовленный катализатор обладает отличным повторного использования без выщелачивания ПТА и потери активности.