อัลตราโซนิกช่วย Oxidative Desulfurization (UAODS)

สารประกอบที่มีกํามะถันในน้ํามันดิบ ปิโตรเลียม ดีเซล และน้ํามันเชื้อเพลิงอื่นๆ ได้แก่ ซัลไฟด์ ไทออล ไทโอฟีน เบนโซและไดเบนโซไทโอฟีนทดแทน (BT และ DBT), เบนโซแนฟโทไทโอฟีน (BNT) และโมเลกุลที่ซับซ้อนอื่นๆ อีกมากมาย ซึ่งไทโอฟีนที่ควบแน่นเป็นรูปแบบที่พบบ่อยที่สุด เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ช่วยในกระบวนการขจัดกํามะถันลึกออกซิเดชันที่จําเป็นเพื่อให้เป็นไปตามกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดในปัจจุบันและข้อกําหนดดีเซลกํามะถันต่ําพิเศษ (ULSD, กํามะถัน 10ppm)

การกําจัดซัลเฟอร์ออกซิเดชัน (ODS)

การกําจัดซัลเฟอร์ออกซิเดชันด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และการสกัดตัวทําละลายที่ตามมาเป็นเทคโนโลยีการกําจัดซัลเฟอร์ลึกสองขั้นตอนเพื่อลดปริมาณสารประกอบออร์กาโนซัลเฟอร์ในน้ํามันเตา เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ถูกนํามาใช้ในทั้งสองขั้นตอนเพื่อปรับปรุงจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟสและอัตราการละลายในระบบเฟสของเหลว - ของเหลว

ผังงานสําหรับ Ultrasonically Assisted Oxidative Desulfurization – 2 ขั้นตอน

ในขั้นตอนแรกของการลดซัลเฟอร์ไนซ์ออกซิเดชันด้วยอัลตราโซนิกไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ถูกใช้เป็นสารออกซิแดนท์เพื่อเลือกออกซิไดซ์โมเลกุลที่มีกํามะถันที่มีอยู่ในน้ํามันเตาให้เป็นซัลฟรอกไซด์หรือซัลโฟนที่สอดคล้องกันภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรงเพื่อเพิ่มความสามารถในการละลายในตัวทําละลายที่มีขั้วเพิ่มขึ้น ในขั้นตอนนี้ความไม่ละลายของเฟสน้ําที่มีขั้วและเฟสอินทรีย์ที่ไม่มีขั้วเป็นปัญหาสําคัญในกระบวนการขจัดซัลเฟอร์ออกซิเดชันเนื่องจากทั้งสองเฟสทําปฏิกิริยาซึ่งกันและกันที่ระยะห่างเท่านั้น หากไม่มีอัลตราโซนิกส์จะส่งผลให้อัตราปฏิกิริยาต่ําและการแปลงออร์กาโนซัลเฟอร์ในระบบสองเฟสนี้ช้า

อิมัลชันอัลตราโซนิก

เฟสน้ํามันและเฟสน้ําจะถูกผสมและสูบเข้าไปในเครื่องผสมแบบคงที่เพื่อสร้างอิมัลชันพื้นฐานของอัตราส่วนปริมาตรคงที่ซึ่งจะถูกป้อนไปยังเครื่องปฏิกรณ์ผสมอัลตราโซนิก ในการเกิดโพรงอากาศอัลตราโซนิกทําให้เกิดแรงเฉือนไฮดรอลิกสูงและทําลายเฟสที่เป็นน้ําออกเป็นหยดย่อยไมครอนและขนาดนาโน เนื่องจากพื้นที่ผิวจําเพาะของขอบเขตเฟสมีอิทธิพลต่ออัตราปฏิกิริยาทางเคมี การลดเส้นผ่านศูนย์กลางของหยดอย่างมีนัยสําคัญนี้จึงช่วยเพิ่มจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยา และลดหรือขจัดความจําเป็นในการใช้สารถ่ายโอนเฟส การใช้อัลตราโซนิกส์เปอร์เซ็นต์ปริมาตรของเปอร์ออกไซด์สามารถลดลงได้เนื่องจากอิมัลชันที่ละเอียดกว่าต้องการปริมาตรน้อยกว่าเพื่อให้พื้นผิวสัมผัสเดียวกันกับเฟสน้ํามัน

อัลตราโซนิกช่วยออกซิเดชัน

โพรงอากาศอัลตราโซนิกทําให้เกิดความร้อนในพื้นที่ที่เข้มข้น (~ 5000K) แรงดันสูง (~ 1000atm) อัตราการให้ความร้อนและความเย็นมหาศาล (>10⁹ K/วินาที) และกระแสเจ็ทเหลว (~1000 กม./ชม.) สภาพแวดล้อมที่มีปฏิกิริยาสูงนี้ออกซิไดซ์ไทโอฟีนในเฟสน้ํามันได้เร็วขึ้นและสมบูรณ์ยิ่งขึ้นจนมีซัลฟ็อกไซด์และซัลโฟนโพลาร์มากขึ้น ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถสนับสนุนกระบวนการออกซิเดชันเพิ่มเติมได้ แต่ไม่จําเป็น ตัวเร่งปฏิกิริยาอิมัลชันแอมฟิลิกหรือตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟส (PTC) เช่น เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีที่มีความสามารถเฉพาะตัวในการละลายในของเหลวทั้งที่เป็นน้ําและอินทรีย์ได้รับการแสดงให้เห็นว่ารวมเข้ากับสารออกซิแดนท์และขนส่งจากเฟสส่วนต่อประสานไปยังเฟสปฏิกิริยาซึ่งจะช่วยเพิ่มอัตราปฏิกิริยา สามารถเพิ่มรีเอเจนต์ของ Fenton เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกซิเดชันซัลเฟอร์สําหรับเชื้อเพลิงดีเซล และแสดงผลการทํางานร่วมกันที่ดีกับกระบวนการออกซิเดชันแบบโซโน

การถ่ายโอนมวลที่เพิ่มขึ้นโดย Power-Ultrasound

เมื่อสารประกอบออร์กาโนซัลเฟอร์ทําปฏิกิริยาที่ขอบเขตเฟสซัลฟรอกไซด์และซัลโฟนจะสะสมที่พื้นผิวหยดน้ําและปิดกั้นสารประกอบกํามะถันอื่น ๆ ไม่ให้มีปฏิสัมพันธ์ที่เฟสน้ํา แรงเฉือนไฮดรอลิกที่เกิดจากกระแสเจ็ทโพรงอากาศและการสตรีมอะคูสติกส่งผลให้เกิดการไหลที่ปั่นป่วนและการขนส่งวัสดุจากและไปยังพื้นผิวหยดน้ํา และนําไปสู่การรวมตัวกันซ้ําๆ และการก่อตัวของหยดน้ําใหม่ในภายหลัง เมื่อการเกิดออกซิเดชันดําเนินไปเมื่อเวลาผ่านไป sonication จะเพิ่มการสัมผัสและปฏิสัมพันธ์ของรีเอเจนต์ให้สูงสุด

การสกัดการถ่ายโอนเฟสของซัลโฟน

หลังจากการเกิดออกซิเดชันและการแยกออกจากเฟสน้ํา (H2O2) ซัลโฟนสามารถสกัดได้โดยใช้ตัวทําละลายที่มีขั้ว เช่น อะซิโทไนไตรล์ในขั้นตอนที่สอง ซัลโฟนจะถ่ายโอนที่ขอบเขตเฟสระหว่างทั้งสองเฟสไปยังเฟสตัวทําละลายเพื่อขั้วที่สูงขึ้น เช่นเดียวกับในขั้นตอนแรกเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ช่วยเพิ่มการสกัดของเหลวและของเหลวโดยการสร้างอิมัลชันปั่นป่วนขนาดละเอียดของเฟสตัวทําละลายในเฟสน้ํามัน สิ่งนี้จะเพิ่มพื้นผิวสัมผัสเฟสและผลลัพธ์การสกัดและลดการใช้ตัวทําละลาย

จากการทดสอบในห้องปฏิบัติการไปจนถึงขนาดนําร่องและการผลิต

Hielscher Ultrasonics นําเสนออุปกรณ์สําหรับทดสอบตรวจสอบและใช้เทคโนโลยีนี้ในทุกขนาด โดยทั่วไปจะทําใน 4 ขั้นตอนเท่านั้น

1. ผสมน้ํามันกับ H2O2 และ sonicate เพื่อออกซิไดซ์สารประกอบกํามะถัน
2. เครื่องหมุนเหวี่ยงเพื่อแยกเฟสที่เป็นน้ํา
3. ผสมเฟสน้ํามันกับตัวทําละลายและโซนิเคตเพื่อสกัดซัลโฟน
4. เครื่องหมุนเหวี่ยงเพื่อแยกเฟสตัวทําละลายด้วยซัลโฟน

ในระดับห้องปฏิบัติการคุณสามารถใช้ UP200Ht เพื่อสาธิตแนวคิดและปรับพารามิเตอร์พื้นฐานเช่นความเข้มข้นของเปอร์ออกไซด์อุณหภูมิของกระบวนการเวลาและความเข้มของโซนิเคชั่นตลอดจนการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวทําละลาย
ในระดับโต๊ะเครื่องสะท้อนเสียงที่ทรงพลังเช่น UIP1000hdT หรือ UIP2000hdT ช่วยให้สามารถจําลองทั้งสองขั้นตอนได้อย่างอิสระที่อัตราการไหลตั้งแต่ 100 ถึง 1000L / ชม. (25 ถึง 250 แกลลอน / ชม.) และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการและ sonication อุปกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ได้รับการออกแบบมาสําหรับการขยายขนาดเชิงเส้นเป็นปริมาณการประมวลผลที่ใหญ่ขึ้นในระดับนําร่องหรือการผลิต การติดตั้ง Hielscher ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าทํางานได้อย่างน่าเชื่อถือสําหรับกระบวนการปริมาณมาก รวมถึงการกลั่นเชื้อเพลิง Hielscher ผลิตระบบคอนเทนเนอร์ โดยรวมอุปกรณ์กําลังสูง 10kW หรือ 16kW ของเราเข้ากับคลัสเตอร์เพื่อการรวมที่ง่ายดาย นอกจากนี้ยังมีการออกแบบเพื่อตอบสนองความต้องการด้านสิ่งแวดล้อมที่เป็นอันตราย ตารางด้านล่างแสดงปริมาณการประมวลผลและขนาดอุปกรณ์ที่แนะนํา

ระบบผสมอัลตราโซนิก – 2 เส้น 6x10kW (2x120m³/ชม.)

ประโยชน์ของการใช้อัลตราโซนิก

UAODS มีข้อได้เปรียบที่สําคัญเมื่อเทียบกับ HDS ไทโอฟีนเบนโซและไดเบนโซไทโอฟีนทดแทนจะถูกออกซิไดซ์ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันต่ํา ดังนั้นจึงไม่จําเป็นต้องใช้ไฮโดรเจนราคาแพงทําให้กระบวนการนี้เหมาะสําหรับโรงกลั่นขนาดเล็กและขนาดกลางหรือโรงกลั่นแยกที่ไม่ได้อยู่ใกล้กับท่อไฮโดรเจน อัตราปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้นและอุณหภูมิและความดันของปฏิกิริยาที่ไม่รุนแรงหลีกเลี่ยงการใช้ตัวทําละลายปราศจากน้ําหรืออะโพรติกที่มีราคาแพง
การรวมหน่วยกําจัดซัลเฟอร์ออกซิเดชันช่วยอัลตราโซนิก (UAODS) เข้ากับหน่วยไฮโดรทรีตเมนต์แบบเดิมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพในการผลิตเชื้อเพลิงดีเซลที่มีกํามะถันต่ําและ/หรือต่ําเป็นพิเศษ เทคโนโลยีนี้สามารถใช้ได้ก่อนหรือหลังการบําบัดด้วยน้ําแบบธรรมดาเพื่อลดระดับกํามะถัน
กระบวนการ UAODS สามารถลดต้นทุนเงินทุนโดยประมาณได้มากกว่าครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับต้นทุนของเครื่องบําบัดน้ําแรงดันสูงใหม่

ข้อเสียของ Hydrodesulfurization (HDS)

แม้ว่าไฮโดรดีซัลเฟอร์ไรเซชัน (HDS) จะเป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพสูงในการกําจัดไทออล ซัลไฟด์ และไดซัลไฟด์ แต่ก็เป็นการยากที่จะกําจัดสารประกอบที่มีกํามะถันทนไฟ เช่น ไดเบนโซไทโอฟีนและอนุพันธ์ของมัน (เช่น 4,6-dimethydibenzothiophene 4,6-DMDBT) ให้อยู่ในระดับที่ต่ําเป็นพิเศษ อุณหภูมิสูง ความดันสูง และการใช้ไฮโดรเจนสูงกําลังผลักดันเงินทุนและต้นทุนการดําเนินงานของ HDS สําหรับการกําจัดซัลเฟอร์ที่ลึกเป็นพิเศษ เงินทุนและต้นทุนการดําเนินงานที่สูงเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ระดับกํามะถันที่เหลืออยู่สามารถเป็นพิษต่อตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่าที่ใช้ในกระบวนการขึ้นรูปและแปลงร่างหรือตัวเร่งปฏิกิริยาอิเล็กโทรดที่ใช้ในกองเซลล์เชื้อเพลิง