Ultrasonik Destekli Oksidatif Kükürt Giderimi (UAODS)

Ham petrol, petrol, dizel ve diğer yakıt yağlarındaki kükürt içeren bileşikler arasında sülfürler, tiyoller, tiyofenler, sübstitüe benzo- ve dibenzotiyofenler (BT’ler ve DBT’ler), benzonaftotiyofen (BNT) ve daha birçok karmaşık molekül bulunur; bunlar arasında kondanse tiyofenler en yaygın biçimlerdir. Hielscher ultrasonik reaktörleri, günümüzün katı çevre düzenlemelerini ve ultra düşük kükürtlü dizel (ULSD, 10ppm kükürt) spesifikasyonlarını karşılamak için gereken oksidatif derin kükürt giderimi sürecini destekler.

Oksidatif Kükürt Giderimi (ODS)

Hidrojen peroksitle oksidatif kükürt giderimi ve ardından çözücü ekstraksiyonu, yakıt yağlarındaki organokükürt bileşiklerinin miktarını azaltmaya yönelik iki aşamalı bir derin kükürt giderimi teknolojisidir. Hielscher ultrasonik reaktörleri, sıvı-sıvı faz sistemlerinde faz transferi reaksiyon kinetiğini ve çözünme hızlarını iyileştirmek için her iki aşamada da kullanılır.

Ultrasonik Destekli Oksidatif Kükürt Giderimi için Akış Şeması – 2 Aşama

Ultrasonik destekli oksidatif kükürt gideriminin ilk aşamasında hidrojen peroksit, yakıt yağlarında bulunan kükürt içeren molekülleri ılımlı koşullar altında seçici olarak karşılık gelen sülfoksitlere veya sülfonlara oksitlemek ve böylece polaritelerini artırarak polar çözücülerdeki çözünürlüklerini yükseltmek için oksitleyici olarak kullanılır. Bu aşamada, polar sulu faz ile apolar organik fazın birbirinde çözünmemesi, her iki faz birbiriyle yalnızca fazlar arası yüzeyde reaksiyona girdiği için oksidatif kükürt giderimi sürecinde önemli bir sorundur. Ultrason kullanılmadığında bu durum, bu iki fazlı sistemde düşük bir reaksiyon hızına ve organokükürdün yavaş dönüşümüne yol açar.

Ultrasonik Emülsifikasyon

Yağ fazı ile sulu faz karıştırılır ve sabit bir hacimsel orana sahip temel bir emülsiyon oluşturmak için statik bir karıştırıcıya pompalanır; bu emülsiyon daha sonra ultrasonik karıştırma reaktörüne beslenir. Burada ultrasonik kavitasyon yüksek hidrolik kesme oluşturur ve sulu fazı mikron altı ve nano boyutlu damlacıklara parçalar. Faz sınırının özgül yüzey alanı kimyasal reaksiyon hızını etkilediğinden, damlacık çapındaki bu önemli azalma reaksiyon kinetiğini iyileştirir ve faz transferi ajanlarına duyulan ihtiyacı azaltır veya ortadan kaldırır. Daha ince emülsiyonlar yağ fazıyla aynı temas yüzeyini sağlamak için daha az hacim gerektirdiğinden, ultrason kullanılarak peroksidin hacim yüzdesi düşürülebilir.

Ultrasonik Destekli Oksidasyon

Ultrasonik kavitasyon yoğun yerel ısınma (~5000K), yüksek basınçlar (~1000atm), çok yüksek ısınma ve soğuma hızları (>10⁹ K/sec) ve sıvı jet akımları (~1000 km/h) oluşturur. Bu son derece reaktif ortam, yağ fazındaki tiyofenleri daha hızlı ve daha eksiksiz biçimde daha polar sülfoksitlere ve sülfonlara oksitler. Katalizörler oksidasyon sürecini daha da destekleyebilir, ancak zorunlu değildir. Hem sulu hem de organik sıvılarda çözünme konusundaki benzersiz yetenekleriyle kuaterner amonyum tuzları gibi amfifilik emülsiyon katalizörlerinin veya faz transferi katalizörlerinin (PTC), oksitleyiciyle birleşerek onu ara yüzey fazından reaksiyon fazına taşıdığı ve böylece reaksiyon hızını artırdığı gösterilmiştir. Dizel yakıtların oksidatif kükürt giderimi verimliliğini artırmak için Fenton reaktifi eklenebilir; bu reaktif, sono-oksidasyon işlemiyle iyi bir sinerjik etki gösterir.

Güç Ultrasonuyla Artırılmış Kütle Transferi

Organokükürt bileşikleri bir faz sınırında reaksiyona girdiğinde, sülfoksitler ve sülfonlar sulu damlacık yüzeyinde birikir ve diğer kükürt bileşiklerinin sulu fazda etkileşime girmesini engeller. Kavitasyon jet akımlarının ve akustik akışın neden olduğu hidrolik kesme, türbülanslı akışa ve damlacık yüzeylerine ve bu yüzeylerden madde taşınmasına yol açar; ayrıca tekrarlanan birleşmeye ve ardından yeni damlacıkların oluşmasına neden olur. Oksidasyon zaman içinde ilerledikçe sonikasyon, reaktiflerin birbirine maruz kalmasını ve etkileşimini en üst düzeye çıkarır.

Sülfonların Faz Transferi Ekstraksiyonu

Oksidasyon ve sulu fazdan (H2O2) ayırma işlemlerinden sonra, ikinci aşamada sülfonlar asetonitril gibi polar bir çözücü kullanılarak ekstrakte edilebilir. Sülfonlar, daha yüksek polariteleri nedeniyle iki faz arasındaki faz sınırında çözücü fazına geçer. İlk aşamada olduğu gibi, Hielscher ultrasonik reaktörleri yağ fazı içinde çözücü fazının ince damlacıklı, türbülanslı bir emülsiyonunu oluşturarak sıvı-sıvı ekstraksiyonunu güçlendirir. Bu, fazlar arasındaki temas yüzeyini artırır ve ekstraksiyonun gerçekleşmesini ve çözücü kullanımının azalmasını sağlar.

Laboratuvar Testlerinden Pilot Ölçeğe ve Üretime

Hielscher Ultrasonics, bu teknolojiyi her ölçekte test etmek, doğrulamak ve kullanmak için ekipman sunar. Temel olarak işlem yalnızca 4 adımda gerçekleştirilir.

1. Kükürt bileşiklerini oksitlemek için yağı H2O2 ile karıştırın ve sonikasyon uygulayın
2. Sulu fazı ayırmak için santrifüjleyin
3. Sülfonları ekstrakte etmek için yağ fazını çözücüyle karıştırın ve sonikasyon uygulayın
4. Sülfonları içeren çözücü fazını ayırmak için santrifüjleyin

Laboratuvar ölçeğinde, konsepti göstermek ve peroksit konsantrasyonu, proses sıcaklığı, sonikasyon süresi ve yoğunluğu ile katalizör veya çözücü kullanımı gibi temel parametreleri ayarlamak için bir UP200Ht sonikatörü kullanabilirsiniz.
Tezgâh üstü ölçekte, UIP1000hdT veya UIP2000hdT gibi güçlü bir sonikatör, her iki aşamanın 100–1000L/hr (25–250 gal/hr) debilerde bağımsız olarak simüle edilmesine ve proses ve sonikasyon parametrelerinin optimize edilmesine olanak tanır. Hielscher ultrasonik ekipmanları, pilot veya üretim ölçeğinde daha büyük işleme hacimlerine doğrusal ölçek büyütme için tasarlanmıştır. Hielscher sistemlerinin, yakıt rafinajı da dahil olmak üzere yüksek hacimli proseslerde güvenilir biçimde çalıştığı kanıtlanmıştır. Hielscher, kolay entegrasyon için yüksek güçlü 10kW veya 16kW cihazlarımızdan birkaçını kümeler halinde birleştiren konteynerli sistemler üretir. Tehlikeli ortam gerekliliklerini karşılayan tasarımlar da mevcuttur. Aşağıdaki tabloda işleme hacimleri ve önerilen ekipman boyutları listelenmiştir.

Ham petrollerin kükürt giderimi için 192 kW gücünde yüksek güçlü sonikatörler içeren sistem