Ultrazvukové odsírenie morského paliva
- Morské palivá sú ovplyvnené novými nariadeniami, ktoré si vyžadujú obsah síry 0,5% m/m alebo menej.
- Ultrazvuk-asistovanej oxidatívnej Desulfurization (UAOD) je stanovená metóda, ktorá urýchľuje oxidačnú reakciu a je ekonomický a bezpečný proces.
- Procesy UAOD sa môžu spúšťať pri okolitej teplote a atmosférickom tlaku a umožňujú selektívne odstránenie zlúčenín síry z uhľovodíkových palív.
- Hielscher High-Performance ultrazvukové systémy sa ľahko inštalujú a bezpečné prevádzkovať on-palube alebo na pevnine.
Palivá z morských palív s nízkym obsahom síry
Medzinárodná námorná organizácia (IMO) zaviedla nové predpisy, ktorými sa námorné plavidlá na celom svete požadujú na používanie lodných palív s obsahom síry 0,5% m/m od januára 2020. Tieto nové nariadenia si vyžadujú zásadné zmeny v spracovaní lodných palív: s cieľom splniť nové normy pre palivá s nízkym obsahom síry sa vyžaduje účinný proces odsírenia.
Ultrasonicky Asistovaná oxidatívna odsírenie (UAOD) kvapalných uhľovodíkových palív, ako je benzín, benzín, nafta, lodné palivo atď., je vysoko efektívna a životaschopná metóda na odstránenie síry z veľkých objemov prúdov ťažkých palív.
Vývojový diagram 2-stupňového ultrazvukového oxidačného odsírenia
Oxidatívna odsírenie
Oxidatívna odsírenie (ODS) je šetrná k životnému prostrediu a ekonomická alternatíva k hydrodesulphurization (HDS), pretože oxidované zlúčeniny síry môžu byť výrazne ľahšie oddeliť od ťažkých palivových olejov. Po kroku oxidačného desuphurizácie sú extrahované zlúčeniny síry oddelené fyzikálnymi metódami, napríklad použitím nemiešateľných polárnych rozpúšťadiel a následnej gravitácie, adsorpcie alebo odstredivej separácie. Prípadne môže byť použitý tepelný rozklad na odstránenie oxidovanej síry.
V prípade oxidatívnej odsírovej reakcie je oxidant (napr. vodík H2O2, chlórnan sodný NaClO2, oxid dusný N2O, periodát sodný NaIO4) sa vyžaduje katalyzátor (napr. kyseliny), ako aj fázový prevodný činidla. Fáza-transfer činidlo pomáha podporovať heterogénnej reakcie medzi vodnej a olejovej fázy, čo je miera-obmedzenie krok reakcie ODS.
- vysoko efektívny – až 98% desulfurizácia
- úsporný: nízke investície, nízke prevádzkové náklady
- žiadny katalyzátor otravy
- ľahká, lineárna mierka-hore
- bezpečná prevádzka
- Onshore & Offshore (palubný) Inštalácia
- rýchle RoI
Rozpúšťadle-asistovanej oxidatívnej odsírenie
Zatiaľ čo hydrodesulphurization (HDS) vyžaduje vyššie investičné náklady, vysokú reakčnú teplotu až do 400 º C, a vysoký tlak až 100atm v reaktoroch, Ultrazvuk-pomáhal oxidačný proces odsírenia (UAOD) je oveľa pohodlnejšie, efektívne a zelenšie. UAOD výrazne zvyšuje reaktivitu katalytického odstránenia síry a ponúka zároveň nižšie prevádzkové náklady, vyššiu bezpečnosť a ochranu životného prostredia. Priemyselné ultrazvukové systémy prietokového reaktora zvyšujú rýchlosť odsírenia v dôsledku vysoko účinnej disperzie a tým zlepšenej reakčnej kinetiky. Vzhľadom k tomu, ultrazvukové spracovanie poskytuje nano-mierka disperzie, hromadný prenos medzi jednotlivými fázami v heterogénnej reakcii je drasticky zvýšil.
Ultrazvukové (akustické) kavitácia zvyšuje rýchlosť reakcie a prenos hmoty v extrémnych podmienkach, ktoré sú dosiahnuté v cavitational Hot-škvrny. Počas kavitácie bublina implosion, veľmi vysoké teploty cca 5, 000K, veľmi rýchle chladenie, tlaky cca 2 000 ATM, a preto extrémne teploty a tlakové diferenciály sú lokálne dosiahnuté. Imploze kavitácie bublina tiež vedie tekuté trysky až 280m/s rýchlosťou, ktorá vytvára veľmi vysoké šmykovej sily. Tieto mimoriadne mechanické sily urýchľujú čas oxidačnej reakcie a zvyšujú efektivitu premeny síry v priebehu niekoľkých sekúnd.
Úplnejšie odstraňovanie síry
Zatiaľ čo mercaptans, tiotezátory, sulfidy a disulidy môžu byť odstránené konvenčnou hydrodesulphurization (HDS) proces, pre odstránenie tiofenes, benzothiophens (BT), dibenzotiofény (DBT) a 4, 6-dimetyldibenzothiophenes (4, 6-dmdbt) a je potrebná sofistikovanejšia metóda. Ultrazvuková oxidatívna odsírenie je vysoko účinná, pokiaľ ide o odstránenie dokonca sotva vyberateľných zlúčenín žiaruvzdorných síranu (napr., 4, 6-dimetyldibenzothiophene a iné alkyl-nahradené tiophene deriváty). Ebrahimi et al. (2018) správa a desulfurization účinnosť až 98,25% pomocou Hielscher sonoreactor optimalizované na odstraňovanie síry. Okrem toho sa rozpúšťadle oxidované zlúčeniny síry môžu oddeliť pomocou základného umývania vody.
Účinok viacstupňového procesu UAOD pri optimálnych parametroch
Ultrazvukový Desulphurization uskutočniteľnosti test s UP400S
Shayegan et al. 2013 kombinovaná ultrazvukom (Up400s) s peroxidom vodíka ako oxidant, FeSO ako katalyzátor, kyselina octová ako pH adjuster a metanol ako extrakčné rozpúšťadlo s cieľom znížiť množstvo síry plynového oleja.
Rýchlosť reakcie konštanty počas oxidatívnej odsírenia môže byť výrazne zvýšená pridaním kovových iónov ako katalyzátor a pomocou ultrazvukom. Ultrazvuková energia môže znížiť aktivačnú energiu reakcie. Liečba ultrazvukom prerušuje hraničnú vrstvu medzi pevnými katalyzátory a reagenty a poskytuje homogénnu zmes katalyzátorov a reagencií – a tým zlepšiť reakčnú kinetiku.
Proces extrakcie síry je kľúčovým krokom pri odsírení s cieľom obnoviť celkový objem odsírovaného plynového oleja. Použitie kvapalnej kvapalnej extrakcie s použitím metanolu ako rozpúšťadla je jednoduchý extrakčný proces, ale na zabezpečenie vysokej účinnosti je nevyhnutné efektívne miešanie nemiešateľných fáz. Len vtedy, keď sa dosiahne maximálne rozhranie a následne maximálny prenos hmoty medzi jednotlivými fázami, dosahuje sa vysoká miera extrakcie. Ultrazvukom a generovanie akustickej kavitácie poskytuje intenzívne miešanie inú reagujúcu zložku fáz a znižuje aktivačnú energiu reakcie.
Vysokovýkonné ultrazvukové jednotky pre odsírenie morského paliva
Hielscher Ultrasonics je lídrom na trhu s vysokým výkonom ultrazvukové systémy pre náročné aplikácie, ako je UAOD na priemyselnej stupnici. Vysoké amplitúdy až do 200 μm, 24/7 prevádzka pri plnom zaťažení a ťažkých úžitkových, robustnosti a užívateľsky prívetivosť sú kľúčovými funkciami Hielscher ultrasonicators. Ultrazvukové systémy rôznych tried výkonu a rôzne doplnky ako sonotród a geometrie prietokového reaktora umožňujú najvhodnejšie prispôsobenie ultrazvukového systému vašim špecifickým palivom, spracovateľskej kapacite a životnému prostrediu.
Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:
| Objem šarže | prietok | Odporúčané Devices |
|---|---|---|
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP400St |
| 0.1 až 20L | 02 až 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10 l / min | UIP4000hdT |
| neuv | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
| neuv | väčšia | strapec UIP16000 |
Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!
Vysoko výkonové ultrazvukové procesory z laboratória do pilotného a priemyselného rozsahu.
Literatúra/referencie
- 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.
Výsledky výskumu na Rozpúšťadle-asistovanej oxidatívnej odsírenia (UAOD)
Prajapati et al. (2018): Odsírovanie surovej ropy ultrazvukovou integrovanou oxidatívnou technológiou. IJSRD – Medzinárodný vestník pre vedecký výskum & Vývoj Vol. 6, vydanie 02, 2018.
Prajapati et al. (2018) Opíšte výhody Hielscher Ultrazvukový reaktor pre Ultrazvuk-pomáhal oxidatívne Desulfurization (UAOD). UAOD sa stala životaschopnou alternatívnou technológiou tradičného hydroošetrovania, ktorá je narušená významnými investičnými a prevádzkovými nákladmi v dôsledku vysokotlakových, vysokoteplotných hydrodesulphurizačných zariadení, kotlov, vodíkových rastlín a jednotiek na regeneráciu síry. Ultrazvuk-pomáhal oxidatívne odsírenie umožňuje vykonávať proces pre hlboké odstránenie síry za oveľa miernejšie podmienky, rýchlejší, bezpečnejšie a oveľa viac ekonomicky.
Ultrazvuk-pomáhal oxidatívne Desulfurization (UAOD) proces bol aplikovaný na naftový olej a ropné výrobky suroviny obsahujúce modelové zlúčeniny síry (benzothiophene, dibenzothiophene a dimetyldibenzothiophene). Vplyv oxidantného množstva, objem rozpúšťadla na extrakčný krok, čas a teplotu ultrazvukovej liečby (UIP1000hdT, 20 kHz, 750 W, pôsobiace na 40%) bola skúmaná. Pri použití optimalizovaných podmienok pre UAOD bolo dosiahnuté odstránenie síry až do 99% pre modelové zlúčeniny v surovinách ropných produktov s použitím molárneho podielu na H2O2: kyselina octová: síra 64:300:1, po 9min ultrazvukovej liečbe pri 90 º C, nasledovaná extrakciou metanolom (optimalizovaný pomer rozpúšťadla a oleja 0,36). Použitím rovnakej výšky činidla a 9 min ultrazvuku bolo odstránenie síry vyššie ako 75% pre vzorky naftového oleja.
Význam vysokých ultrazvukových amplitúdy
Ultrazvukový intenzifikácia komerčné-meradle oxidačné odsírenie ropy vyžaduje použitie priemyselný-size Prietokový Ultrazvukový procesor schopný udržať vysoké vibrácie amplitúdy asi 80 – 100 mikrónovs. amplitúdy priamo súvisia s intenzitou ultrazvukových kavitácie-generované šmykovej sily a musia byť udržiavané na dostatočne vysokej úrovni pre miešanie, aby bola efektívna.
Experimenty vykonávané Prajapati et al. ukazujú, že ultrazvukom zvyšuje desulfurization reakcie. Účinnosť desulfurizácie bola približne 93,2% pri použití vysoko výkonných ultrazvuku.
Shayegan et al. (2013): Odstránenie síry z plynového oleja pomocou ultrazvuku asistovaného katalytického oxidačného procesu a štúdia jeho optimálnych podmienok. Kórejský vestník chemického inžinierstva 30 (9), September 2013. 1751-1759.
Ultrazvuk-pomáhal oxidatívne odsírenie proces (UAOD) bol aplikovaný na zníženie zlúčenín síry z plynového oleja obsahujúceho rôzne druhy síry obsahu. Environmentálna regulácia vyžaduje veľmi hlboké odsírenie na odstránenie zlúčenín síry. UAOD je sľubná technológia s nižšími prevádzkovými nákladmi a vyššou bezpečnosťou a ochranou životného prostredia. Po prvýkrát bol typický fázový prevodový prostriedok (tetraoctyl-amónny-bromid) nahradený izobutanolom, pretože použitie izobutanolu je oveľa úspornejšie ako TOAB, čím sa nekontaminuje žiadna kontaminácia. Reakcia bola vykonaná v optimálnom bode s rôznymi teplotami, v Single-, dva-a tri Step-postupy, skúmanie účinku postupného zvyšovania H2O2 a TOAB sa používa namiesto izobutanolu. Celková koncentrácia síry v olejovej fáze bola analyzovaná metódou ASTM-D3120. Najvyššie odstránenie približne 90% pre plynový olej obsahujúci 9 500 mg/kg síry sa dosiahlo v troch krokoch počas 17 minút procesu pri 62 ± 2 ° c, keď 180,3 mmol H2O2 bola použitá a extrakcia vykonaná metanolom.
Akbari et al. (2014): Skúmanie procesných premenných a intenzifikačných účinkov ultrazvuku aplikovanej v oxidatívnej odsírení modelovej nafty nad MoO3/Al2O3 Katalyzátor. Ultrasonics sonochemistry 21 (2), marec 2014. 692 – 705.
Nový heterogénny sonokatalytický systém pozostávajúci z MoO3/Al2O3 katalyzátor a H2O2 v kombinácii s ultrazvukom bol skúmaný s cieľom zlepšiť a urýchliť oxidáciu modelových zlúčenín síry nafty, čo viedlo k výraznému zvýšeniu efektivity procesu. Vplyv ultrazvuku na vlastnosti, aktivita a stabilita katalyzátora bol skúmaný v detaile pomocou GC-FID, PSD, SEM a BET techniky. Viac ako 98% Konverzia DBT vo vzorovej nafte obsahujúcej 1000 μg/g síra bola získaná novou ultrazvukovou-asistovanej desulfurization pri H2O2/sírový molárny pomer 3, teplota 318 K a katalyzátor dávkovanie 30 g/L po 30 min reakcie, v rozpore s 55% konverzie získané počas tichého procesu. Toto zlepšenie bolo značne ovplyvnené prevádzkové parametre a katalyzátor vlastnosti. Účinky hlavných procesných premenných boli skúmané pomocou metodiky povrchu odozvy v tichom procese v porovnaní s ultrazvukom. Ultrazvuk poskytol dobrú rozptyl katalyzátora a oxidantu zlomením vodíka lepenie a deagglomeration z nich vo fáze oleja. Ukladanie nečistôt na povrchu katalyzátora spôsobilo rýchlu deaktiváciu v tichých pokusoch, čo viedlo iba 5% oxidácie DBT po 6 cykloch tichej reakcie recyklovaným katalyzátorom. Nad 95% DBT bol oxidovaný po 6 ultrazvuk-asistovanej cykly ukazujúce veľké zlepšenie stability čistenie povrchu počas ultrazvukom. Značné zníženie veľkosti častíc bol tiež pozorovaný po 3H ultrazvukom, ktoré by mohli poskytnúť viac rozptyl katalyzátora v modeli paliva.
Afzalinia et al. (2016): Ultrazvuk-pomáhal oxidatívne odsírenie proces kvapalného paliva kyselinou fosforečná zapuzdrené v IPN amín-funkcionalized Zn (II)-založené MOF ako katalyzátor. Ultrasonics sonochemistry 2016
V tejto práci, ultrazvuk-asistovanej oxidatívnej odsírenie (UAOD) kvapalných palív vykonaných s novou heterogénny vysoko rozptýlený Keggin-typ fosfotungstic kyseliny (H3Pw12O40, PTA) katalyzátor, ktorý zapuzdrený do amino-funkné MOF (TMU-17-NH2). Pripravené kompozitné exponáty vysoká katalytická aktivita a repoužiteľnosť v oxidatívnej odsírenie modelového paliva. Ultrazvuková-Asistovaná oxidatívna desulfurizácia (UAOD) je nový spôsob, ako vykonať oxidačnú reakciu síry-obsahujú zlúčeniny rýchlo, ekonomicky, šetrné k životnému prostrediu a bezpečne, za miernych podmienok. Ultrazvukové vlny môžu byť použiť ako efektívny nástroj na zníženie reakčného času a zlepšuje oxidatívny odsírenie výkon systému. PTA @ TMU-17-NH2 by mohla byť úplne vykonaná odsírovanie modelu oleja o 20 mg katalyzátora, O/S molárny pomer 1:1 v prítomnosti MeCN ako extrakčné rozpúšťadlo. Získané výsledky ukázali, že konverzie DBT na DBTO2 dosiahnuť 98% po 15 min pri okolitej teplote. V tejto práci sme pripravili TMU-17-NH2 a PTA/TMU-17-NH2 kompozitné ultrazvukom ožarovaním prvýkrát a zamestnaný v procese UAOD. Pripravený katalyzátor vykazujú vynikajúcu opätovnú použiteľnosť bez PTA lúhovania a strata aktivity.