Оксидативна десулфуризација потпомогнута ултразвуком (UAODS)

Једињења која садрже сумпор у сировој нафти, нафти, дизелу и другим течним горивима обухватају сулфиде, тиоле, тиофене, супституисане бензо- и дибензотиофене (BTs и DBTs), бензонафтотиофен (BNT) и многе сложеније молекуле, међу којима су кондензовани тиофени најчешћи облици. Ултразвучни реактори Hielscher потпомажу процес дубоке оксидативне десулфуризације који је неопходан за испуњавање данашњих строгих прописа о заштити животне средине и спецификација за дизел са ултраниским садржајем сумпора (ULSD, 10ppm сумпора).

Оксидативна десулфуризација (ODS)

Оксидативна десулфуризација водоник-пероксидом и накнадна екстракција растварачем представљају двостепену технологију дубоке десулфуризације за смањење количине органосумпорних једињења у течним горивима. Ултразвучни реактори Hielscher користе се у обе фазе ради побољшања кинетике реакција са међуфазним преносом и повећања брзине растварања у системима течност–течност.

Дијаграм тока оксидативне десулфуризације потпомогнуте ултразвуком – 2 фазе

У првој фази оксидативне десулфуризације потпомогнуте ултразвуком, водоник-пероксид се користи као оксидационо средство за селективну оксидацију молекула који садрже сумпор, присутних у течним горивима, у одговарајуће сулфоксиде или сулфоне под благим условима, како би се повећањем њихове поларности повећала њихова растворљивост у поларним растварачима. У овој фази, међусобна нерастворљивост поларне водене фазе и неполарне органске фазе представља значајан проблем у процесу оксидативне десулфуризације, јер ове две фазе реагују једна са другом само на међуфазној граници. Без ултразвука, то доводи до мале брзине реакције и споре конверзије органосумпорних једињења у овом двофазном систему.

Ултразвучно емулговање

Уљна и водена фаза се мешају и пумпају у статички мешач како би се добила основна емулзија са сталним запреминским односом, која се затим доводи у реактор за ултразвучно мешање. У њему ултразвучна кавитација ствара снажно хидрауличко смицање и разбија водену фазу на капљице субмикронских и нанометарских величина. Пошто специфична површина међуфазне границе утиче на брзину хемијске реакције, ово значајно смањење пречника капљица побољшава кинетику реакције и смањује или елиминише потребу за средствима за међуфазни пренос. Применом ултразвука може се смањити запремински удео пероксида, јер је код финијих емулзија потребна мања запремина да би се обезбедила иста површина контакта са уљном фазом.

Оксидација потпомогнута ултразвуком

Ултразвучна кавитација ствара интензивно локално загревање (~5000K), високе притиске (~1000atm), изузетно велике брзине загревања и хлађења (>10⁹ K/sec), као и млазеве течности (~1000 km/h). Ово изузетно реактивно окружење брже и потпуније оксидује тиофене у уљној фази у поларније сулфоксиде и сулфоне. Катализатори могу додатно да потпомогну процес оксидације, али нису неопходни. Показано је да се амфифилни емулзиони катализатори или катализатори међуфазног преноса (PTC), као што су кватернарне амонијумове соли са својом јединственом способношћу растварања и у воденим и у органским течностима, повезују са оксидационим средством и преносе га из међуфазног слоја у реакциону фазу, чиме повећавају брзину реакције. Фентонов реагенс може се додати ради повећања ефикасности оксидативне десулфуризације дизел-горива и показује добар синергијски ефекат са сонооксидационом обрадом.

Побољшан пренос масе ултразвуком велике снаге

Када органосумпорна једињења реагују на међуфазној граници, сулфоксиди и сулфони се накупљају на површини водених капљица и спречавају друга сумпорна једињења да ступе у интеракцију са воденом фазом. Хидрауличко смицање изазвано кавитационим млазевима и акустичким струјањем доводи до турбулентног тока и преноса материје са површина капљица и ка њима, као и до поновљеног спајања капљица и накнадног формирања нових капљица. Како оксидација напредује током времена, соникација максимизује изложеност реагенаса и њихову међусобну интеракцију.

Екстракција сулфона међуфазним преносом

Након оксидације и одвајања од водене фазе (H2O2), сулфони се у другој фази могу екстраховати поларним растварачем, као што је ацетонитрил. Због своје веће поларности, сулфони ће на међуфазној граници између две фазе прећи у фазу растварача. Слично као у првој фази, ултразвучни реактори Hielscher поспешују екстракцију течност–течност стварањем фине турбулентне емулзије фазе растварача у уљној фази. Тиме се повећава површина контакта фаза, што доводи до екстракције и смањене потрошње растварача.

Од лабораторијског испитивања до пилот-размера и производње

Hielscher Ultrasonics нуди опрему за испитивање, проверу и примену ове технологије у било којој размери. У основи, поступак се изводи у само 4 корака.

1. Помешајте уље са H2O2 и примените соникацију ради оксидације сумпорних једињења
2. Центрифугирајте ради одвајања водене фазе
3. Помешајте уљну фазу са растварачем и примените соникацију ради екстракције сулфона
4. Центрифугирајте ради одвајања фазе растварача са сулфонима

У лабораторијским размерама можете користити UP200Ht за демонстрацију концепта и подешавање основних параметара, као што су концентрација пероксида, температура процеса, време и интензитет соникације, као и употреба катализатора или растварача.
На нивоу стоног постројења, снажан соникатор као што је UIP1000hdT или UIP2000hdT омогућава независну симулацију обе фазе при протоцима од 100 до 1000L/hr (25 до 250 gal/hr) и оптимизацију параметара процеса и соникације. Ултразвучна опрема Hielscher пројектована је за линеарно повећање размере на веће запремине обраде у пилот-постројењима или производњи. Доказано је да постројења Hielscher поуздано раде у процесима са великим запреминама, укључујући рафинацију горива. Hielscher производи контејнерске системе који обједињују неколико наших уређаја велике снаге од 10kW или 16kW у групе ради једноставне интеграције. Доступне су и изведбе које испуњавају захтеве за опасна окружења. У табели испод наведене су запремине обраде и препоручене величине опреме.

Постројење са соникаторима велике снаге укупне снаге 192 kW за десулфуризацију сирове нафте