Desulfurizimi oksidativ i asistuar me ultratinguj (UAODS)

Komponimet që përmbajnë squfur në naftën e papërpunuar, naftën, naftën dhe vajrat e tjera të karburantit përfshijnë sulfide, tiolet, tiofenet, benzo- dhe dibenzotiofenet e zëvendësuara (BTs dhe DBTs), benzonaftotiofen (BNT) dhe shumë molekula më komplekse, në të cilat kondensohen format më të zakonshme. Reaktorët ultrasonikë Hielscher ndihmojnë procesin e desulfurizimit të thellë oksidativ që kërkohet për të përmbushur rregulloret e rrepta mjedisore të sotme dhe specifikimet e naftës me squfur ultra të ulët (ULSD, squfur 10 ppm).

Desulfurizimi oksidativ (ODS)

Desulfurizimi oksidativ me peroksid hidrogjeni dhe nxjerrja pasuese me tretës është një teknologji e desulfurizimit të thellë me dy faza për të reduktuar sasinë e përbërjeve organosulfurik në vajrat e karburantit. Reaktorët tejzanor Hielscher përdoren në të dy fazat për të përmirësuar kinetikën e reagimit të transferimit të fazës dhe shkallën e tretjes në sistemet e fazës së lëngët-lëngshme.

Skema e rrjedhës për desulfurizimin oksidativ të asistuar me ultratinguj – 2 Faza

Në fazën e parë të desulfurizimit oksidativ të asistuar me ultratinguj, peroksidi i hidrogjenit përdoret si një oksidues për të oksiduar në mënyrë selektive molekulat që përmbajnë squfur që janë të pranishme në vajrat e karburantit në sulfoksidet ose sulfonet e tyre përkatëse në kushte të buta për të rritur tretshmërinë e tyre në tretës polare me një rritje. në polaritetin e tyre. Në këtë fazë, pazgjidhshmëria e fazës ujore polare dhe e fazës organike jopolare është një problem i rëndësishëm në procesin e desulfurizimit oksidativ pasi të dyja fazat reagojnë me njëra-tjetrën vetëm në interfazë. Pa ultrasonikë, kjo rezulton në një shkallë të ulët reagimi dhe një konvertim të ngadaltë të organosulfurit në këtë sistem dyfazor.

Emulsifikimi me ultratinguj

Faza e vajit dhe faza ujore përzihen dhe pompohen në një mikser statik për të prodhuar një emulsion bazë të një raporti vëllimor konstant që më pas futet në reaktorin e përzierjes tejzanor. Atje, kavitacioni tejzanor prodhon qethje të lartë hidraulike dhe thyen fazën ujore në pika nën mikron dhe nanoz. Meqenëse sipërfaqja specifike e kufirit të fazës është ndikuese për shpejtësinë kimike të reaksionit, ky reduktim domethënës në diametrin e pikave përmirëson kinetikën e reaksionit dhe zvogëlon ose eliminon nevojën për agjentë transferues fazor. Duke përdorur ultrasonikë, përqindja e vëllimit të peroksidit mund të ulet, sepse emulsionet më të imta kanë nevojë për më pak vëllim për të siguruar të njëjtën sipërfaqe kontakti me fazën e vajit.

Oksidimi i asistuar me ultratinguj

Kavitacioni tejzanor prodhon ngrohje intensive lokale (~5000K), presione të larta (~1000atm), shpejtësi të mëdha ngrohjeje dhe ftohjeje (>10⁹ K/sek), dhe rryma avionësh të lëngshëm (~ 1000 km/h). Ky mjedis jashtëzakonisht reaktiv i oksidon tiofenet në fazën e vajit më shpejt dhe më plotësisht në sulfoksid dhe sulfone polare më të mëdha. Katalizatori mund të mbështesë më tej procesin e oksidimit, por ato nuk janë thelbësore. Katalizatorët amfifilë të emulsionit ose katalizatorët e transferimit të fazës (PTC), të tilla si kripërat kuaternare të amonit me aftësinë e tyre unike për t'u tretur si në lëngjet ujore ashtu edhe në ato organike, janë treguar se inkorporohen me oksiduesin dhe e transportojnë atë nga faza e ndërfaqes në fazën e reaksionit. duke rritur shpejtësinë e reagimit. Reagenti i Fenton-it mund të shtohet për të rritur efikasitetin e desulfurizimit oksidativ për karburantet me naftë dhe tregon një efekt të mirë sinergjik me përpunimin e oksidimit sono.

Transferimi masiv i përmirësuar me ultratinguj të energjisë

Kur përbërësit organosulfurik reagojnë në një kufi fazor, sulfoksidet dhe sulfonet grumbullohen në sipërfaqen e pikave ujore dhe bllokojnë komponimet e tjera të squfurit që të ndërveprojnë në fazën ujore. Prerja hidraulike e shkaktuar nga rrjedhat e avionëve kavitacionalë dhe rrjedha akustike rezulton në rrjedhje turbulente dhe transport material nga dhe në sipërfaqet e pikave dhe çon në bashkimin e përsëritur dhe formimin e mëvonshëm të pikave të reja. Ndërsa oksidimi përparon me kalimin e kohës, sonikimi maksimizon ekspozimin dhe ndërveprimin e reagentëve.

Nxjerrja e Transferimit Fazor të Sulfoneve

Pas oksidimit dhe ndarjes nga faza ujore (H2O2), sulfonet mund të nxirren duke përdorur një tretës polar, siç është acetonitrili në fazën e dytë. Sulfonet do të transferohen në kufirin e fazës midis të dy fazave në fazën e tretësit për polaritetin e tyre më të lartë. Ashtu si në fazën e parë, reaktorët tejzanor Hielscher nxisin nxjerrjen e lëngut-lëng duke bërë një emulsion turbulent me madhësi të imët të fazës së tretësit në fazën e vajit. Kjo rrit sipërfaqen e kontaktit të fazës dhe rezulton në nxjerrjen dhe reduktimin e përdorimit të tretësit.

Nga testimi laboratorik te shkalla pilot dhe prodhimi

Hielscher Ultrasonics ofron pajisje për të testuar, verifikuar dhe përdorur këtë teknologji në çdo shkallë. Në thelb ajo bëhet në 4 hapa, vetëm.

1. Përzieni vajin me H2O2 dhe sonikoni për të oksiduar përbërjet e squfurit
2. Centrifugoni për të ndarë fazën ujore
3. Përzieni fazën e vajit me tretësin dhe sonikoni për të nxjerrë sulfonet
4. Centrifugoni për të ndarë fazën e tretësit me sulfone

Në shkallën laboratorike, mund të përdorni një UP200Ht për të demonstruar konceptin dhe për të rregulluar parametrat bazë, si përqendrimi i peroksidit, temperatura e procesit, koha dhe intensiteti i sonikimit, si dhe përdorimi i katalizatorit ose tretësit.
Në nivelin e sipërm, një sonikator i fuqishëm si UIP1000hdT ose UIP2000hdT ju lejon të simuloni të dyja fazat në mënyrë të pavarur me shpejtësi rrjedhjeje nga 100 në 1000 L/orë (25 deri në 250 gal/orë) dhe të optimizoni parametrat e procesit dhe të sonikimit. Pajisjet tejzanor Hielscher janë projektuar për shkallë lineare deri në vëllime më të mëdha të përpunimit në shkallë pilot ose prodhimi. Instalimet Hielscher janë vërtetuar se funksionojnë me besueshmëri për proceset me volum të lartë, duke përfshirë rafinimin e karburantit. Hielscher prodhon sisteme me kontejnerë, duke kombinuar disa nga pajisjet tona me fuqi të lartë 10 kW ose 16 kW në grupe për integrim të lehtë. Ekzistojnë gjithashtu dizajne për të përmbushur kërkesat e mjedisit të rrezikshëm. Tabela më poshtë liston vëllimet e përpunimit dhe madhësitë e rekomanduara të pajisjeve.

Sistemi i përzierjes me ultratinguj – 2 fije 6x10 kW (2x120 m³/ orë)

Përfitimet e përdorimit të ultrazërit

UAODS ofron përparësi të konsiderueshme në krahasim me HDS. Tiofenet, benzo- dhe dibenzotiofenet e zëvendësuara oksidohen në kushte të temperaturës dhe presionit të ulët. Prandaj, hidrogjeni i shtrenjtë nuk kërkohet duke e bërë këtë proces më të përshtatshëm për rafineritë e vogla dhe të mesme, ose rafineritë e izoluara që nuk ndodhen afër një tubacioni hidrogjeni. Shpejtësia e rritur e reagimit dhe temperatura dhe presioni i butë i reagimit shmang përdorimin e tretësve të shtrenjtë anhidër ose aprotikë.
Integrimi i një njësie të desulfurizimit oksidativ të asistuar me ultratinguj (UAODS) me një njësi konvencionale hidrotrajtimi mund të përmirësojë efikasitetin në prodhimin e karburanteve me naftë me squfur të ulët dhe/ose ultra të ulët. Kjo teknologji mund të përdoret para ose pas hidrotrajtimit konvencional për të ulur nivelin e squfurit.
Procesi UAODS mund të ulë kostot kapitale të vlerësuara me më shumë se gjysmën kur krahasohet me koston e një hidrotrajtimi të ri me presion të lartë.

Disavantazhet e hidrodesulfurizimit (HDS)

Ndërsa hidrodesulfurizimi (HDS) është një proces shumë efikas për heqjen e tioleve, sulfideve dhe disulfideve, është e vështirë të hiqen komponimet zjarrduruese që përmbajnë squfur si dibenzotiofeni dhe derivatet e tij (p.sh. 4,6-dimethydibenzothiophene 4,6-DMDBT) në një nivel ultra të ulët. Temperaturat e larta, presionet e larta dhe konsumi i lartë i hidrogjenit po rrisin kostot kapitale dhe operative të HDS për desulfurizimin ultra të thellë. Kostot e larta kapitale dhe operative janë të pashmangshme. Nivelet e mbetura të gjurmëve të squfurit mund të helmojnë katalizatorët e metaleve fisnikë të përdorur në procesin e riformimit dhe transformimit ose katalizatorët e elektrodës të përdorur në pirgjet e qelizave të karburantit.