Ultrasonik Deniz Yakıtı Kükürt Giderme
- Denizcilik yakıtları, %0,5 m/m veya daha az kükürt içeriği gerektiren yeni düzenlemelerden etkilenmektedir.
- Ultrason destekli oksidatif kükürt giderme (UAOD), oksidasyon reaksiyonunu hızlandıran ve ekonomik ve güvenli bir işlem olan yerleşik bir yöntemdir.
- UAOD prosesleri, ortam sıcaklığında ve atmosferik basınçta çalıştırılabilir ve hidrokarbon yakıtlardan kükürt bileşiklerinin seçici bir şekilde uzaklaştırılmasına izin verir.
- Hielscher yüksek performanslı ultrasonik sistemlerin kurulumu kolaydır ve gemide veya karada kullanımı güvenlidir.
Düşük Kükürtlü Deniz Yakıtları
Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO), Ocak 2020'den itibaren dünya çapındaki deniz taşıtlarının %0,5 m/m kükürt içeriğine sahip deniz yakıtları kullanmalarını zorunlu kılan yeni düzenlemeler uygulamaya koydu. Bu yeni düzenlemeler, denizcilik yakıtlarının işlenmesinde köklü değişiklikler gerektirmektedir: Düşük kükürtlü yakıtlar için yeni normları yerine getirmek için verimli bir kükürt giderme prosesi gereklidir.
Benzin, nafta, dizel, deniz yakıtı vb. gibi sıvı hidrokarbon yakıtların ultrasonik destekli oksidatif kükürt giderme (UAOD), büyük hacimli ağır yakıt akışlarından kükürdü çıkarmak için oldukça verimli ve uygulanabilir bir yöntemdir.
2 aşamalı ultrasonik oksidatif kükürt giderme akış şeması
Oksidatif Desülfürizasyon
Oksidatif Kükürt Giderme (ODS), hidrodesülfürizasyona (HDS) çevre dostu ve ekonomik bir alternatiftir, çünkü oksitlenmiş kükürt bileşikleri ağır akaryakıtlardan önemli ölçüde daha kolay ayrılabilir. Oksidatif desuphurizasyon adımından sonra, ekstrakte edilen kükürt bileşikleri, örneğin karışmayan polar çözücü ve müteakip yerçekimi, adsorpsiyon veya santrifüj ayırma kullanılarak fiziksel yöntemlerle ayrılır. Alternatif olarak, oksitlenmiş kükürdü uzaklaştırmak için termal bozunma kullanılabilir.
Oksidatif kükürt giderme reaksiyonu için, bir oksidan (örneğin, hidrojen H2O2, sodyum klorit NaClO2, azot oksit N2O, sodyum periyodat NaIO4), bir katalizör (örneğin asitler) ve ayrıca bir faz transfer reaktifi gereklidir. Faz transfer reaktifi, ODS reaksiyonunun hız sınırlayıcı adımı olan sulu ve yağ fazları arasındaki heterojen reaksiyonu desteklemeye yardımcı olur.
- Yüksek verimli – �'e kadar kükürt giderme
- Ekonomik: Düşük yatırım, düşük işletme maliyetleri
- katalizör zehirlenmesi yok
- Kolay, doğrusal ölçek büyütme
- Çalıştırması Güvenli
- Kara & Açık deniz (gemide) kurulum
- Hızlı Yatırım Getirisi
Ultrasonik Destekli Oksidatif Desülfürizasyon
Hidrodesülfürizasyon (HDS) daha yüksek yatırım maliyetleri, 400ºC'ye kadar yüksek reaksiyon sıcaklığı ve reaktörlerde 100atm'ye kadar yüksek basınç gerektirirken, ultrason destekli oksidatif kükürt giderme işlemi (UAOD) çok daha uygun, verimli ve daha çevrecidir. UAOD, katalitik kükürt gideriminin reaktivitesini büyük ölçüde artırır ve aynı zamanda daha düşük işletme maliyeti, daha yüksek güvenlik ve çevre koruması sunar. Endüstriyel ultrasonik akış reaktör sistemleri, oldukça etkili bir dispersiyon ve dolayısıyla geliştirilmiş reaksiyon kinetiği nedeniyle kükürt giderme oranını arttırır. Ultrasonik işlem nano ölçekli dispersiyonlar sağladığından, heterojen reaksiyondaki farklı fazlar arasındaki kütle transferi büyük ölçüde artar.
Ultrasonik (akustik) Kavitasyon kavitasyonel sıcak noktalar içinde ulaşılan aşırı koşullarla reaksiyon hızını ve kütle transferini arttırır. Kavitasyon kabarcığı patlaması sırasında, yaklaşık 5.000K'lık çok yüksek sıcaklıklar, çok hızlı soğutma hızları, yaklaşık 2.000atm'lik basınçlar ve buna bağlı olarak aşırı sıcaklık ve basınç farklarına yerel olarak ulaşılır. Kavitasyon kabarcığının patlaması aynı zamanda 280m/s hıza kadar sıvı jetleri ile sonuçlanır ve bu da çok yüksek kesme kuvvetleri oluşturur. Bu olağanüstü mekanik kuvvetler, oksidasyon reaksiyon süresini hızlandırır ve saniyeler içinde kükürt dönüşüm verimliliğini artırır.
Daha Komple Kükürt Giderimi
Merkaptanlar, tiyoeterler, sülfürler ve disülfidler geleneksel hidrodesülfürizasyon (HDS) işlemi ile uzaklaştırılabilirken, tiyofenlerin, benzotiyofenlerin (BT), dibenzotiyofenlerin (DBT) ve 4,6-dimetildibenzotiyofenlerin (4,6-DMDBT) uzaklaştırılması için daha karmaşık bir yöntem gereklidir. Ultrasonik oksidatif kükürt giderme, zor çıkarılabilen kükürt refrakter bileşiklerin (örneğin, 4,6-dimetildibenzotiofen ve diğer alkil ikameli tiyofen türevleri) uzaklaştırılması söz konusu olduğunda oldukça etkilidir. Ebrahimi ve ark. (2018) rapor bir Hielscher sonoreactor kullanarak% 98,25'e kadar kükürt giderme verimliliği Kükürt giderimi için optimize edilmiştir. Ayrıca, ultrasonik olarak oksitlenmiş kükürt bileşikleri, bazik bir su yıkama yoluyla ayrılabilir.
Optimum parametrelerde çok adımlı UAOD işleminin etkisi
UP400S ile Ultrasonik Desülfürizasyon Fizibilite Testi
Shayegan ve ark. 2013 kombine ultrasonikasyon (UP400S) gaz yağının kükürt miktarını azaltmak için oksidan olarak hidrojen peroksit, katalizör olarak FeSO, pH ayarlayıcı olarak asetik asit ve ekstraksiyon çözücüsü olarak metanol ile.
Oksidatif kükürt giderme sırasındaki reaksiyon hızı sabitleri, katalizör olarak metal iyonları eklenerek ve sonikasyon kullanılarak büyük ölçüde arttırılabilir. Ultrason enerjisi, reaksiyonun aktivasyon enerjisini azaltabilir. Ultrasonication tedavisi, katı katalizörler ve reaktifler arasındaki sınır tabakasını kırar ve homojen bir katalizör ve reaktif karışımı sağlar – böylece reaksiyon kinetiğinin iyileştirilmesi.
Kükürt ekstraksiyon işlemi, toplam kükürtten arındırılmış gaz yağı hacmini geri kazanmak amacıyla kükürt giderme sırasında çok önemli bir adımdır. Çözücü olarak metanol kullanan bir sıvı-sıvı ekstraksiyonu kullanmak basit bir ekstraksiyon işlemidir, ancak yüksek bir verimlilik sağlamak için karışmayan fazların verimli bir şekilde karıştırılması esastır. Sadece fazlar arasında maksimum bir arayüz ve ardından maksimum kütle transferi gerçekleştiğinde, yüksek bir ekstraksiyon oranı elde edilir. Ultrasonikasyon ve akustik kavitasyon oluşumu, reaktan fazlarının yoğun bir şekilde karıştırılmasını sağlar ve reaksiyonun aktivasyon enerjisini düşürür.
Deniz Yakıtı Kükürt Giderme için Yüksek Performanslı Ultrasonik Üniteler
Hielscher Ultrasonics, endüstriyel ölçekte UAOD gibi zorlu uygulamalar için yüksek güçlü ultrasonik sistemlerin pazar lideridir. 200μm'ye kadar yüksek genlikler, tam yük altında 7/24 çalışma ve ağır hizmet, sağlamlık ve kullanıcı dostu olma Hielscher ultrasonicators anahtar özellikleridir. Farklı güç sınıflarına sahip ultrasonik sistemler ve sonotrodlar ve akış reaktörü geometrileri gibi çeşitli aksesuarlar, ultrasonik sistemin özel yakıtınıza, işleme kapasitenize ve ortamınıza en uygun şekilde uyarlanmasını sağlar.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!
Laboratuvardan pilota ve endüstriyel ölçeğe kadar yüksek güçlü ultrasonik işlemciler.
Literatür / Referanslar
- 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.
Ultrasonik Destekli Oksidatif Desülfürizasyon (UAOD) Araştırma Sonuçları
Prajapati ve ark. (2018): Ultrason Entegre Oksidatif Teknoloji ile Ham Petrolün Kükürtten Arındırılması. IJSRD (İngilizce) – Uluslararası Bilimsel Araştırma Dergisi & Geliştirme Cilt 6, Sayı 02, 2018.
Prajapati ve ark. (2018), ultrason destekli oksidatif kükürt giderme (UAOD) için bir Hielscher ultrasonik reaktörünün faydalarını açıklamaktadır. UAOD, yüksek basınçlı, yüksek sıcaklıklı hidrodesülfürizasyon ekipmanı, kazanlar, hidrojen tesisleri ve kükürt geri kazanım üniteleri nedeniyle önemli yatırım ve işletme maliyetleri nedeniyle bozulan geleneksel hidro-arıtmaya uygun bir alternatif teknoloji haline gelmiştir. Ultrason destekli oksidatif kükürt giderme, kükürtün derinlemesine uzaklaştırılması işleminin çok daha ılıman koşullar altında, daha hızlı, daha güvenli ve çok daha ekonomik bir şekilde gerçekleştirilmesine izin verir.
Model sülfür bileşikleri (benzotiyofen, dibenzotiofen ve dimetildibenzotiyofen) içeren motorin ve petrol ürünleri hammaddesine ultrason destekli oksidatif kükürt giderme (UAOD) işlemi uygulanmıştır. Oksidan miktarının etkisi, ekstraksiyon aşaması için çözücü hacmi, ultrason tedavisinin süresi ve sıcaklığı (UIP1000hdT, 20 kHz, 750 W, @'ta çalışıyor) araştırıldı. UAOD için optimize edilmiş koşullar kullanılarak, H için bir molar oran kullanılarak petrol ürünü hammaddesindeki model bileşikler için �'a kadar kükürt giderimi elde edildi.2O2: asetik asit: 64: 300: 1 kükürt, 90ºC'de 9 dakikalık ultrason tedavisinden sonra, ardından metanol ile ekstraksiyon (optimize edilmiş çözücü ve 0.36 yağ oranı). Aynı reaktif miktarı ve 9 dakikalık ultrason kullanılarak, dizel yağ numuneleri için kükürt giderimi u'ten daha yüksekti.
Yüksek Ultrasonik Genliklerin Önemi
Ham petrolün ticari ölçekli oksidatif kükürt gidermesinin ultrasonik yoğunlaştırılması, yaklaşık olarak yüksek titreşim genliklerini koruyabilen endüstriyel boyutta bir akış ultrasonik işlemcinin kullanılmasını gerektirir. 80 – 100 mikrons. Genlikler, ultrasonik kavitasyonların oluşturduğu kesme kuvvetlerinin yoğunluğu ile doğrudan ilişkilidir ve karıştırmanın verimli olması için yeterince yüksek bir seviyede tutulmalıdır.
Prajapati ve ark. ultrasonikasyonun kükürt giderme reaksiyonunu arttırdığını göstermektedir. Kükürt giderme verimliliği yaklaşık% 93.2 idi yüksek performanslı ultrason uygulandığında.
Shayegan ve ark. (2013): Ultrason destekli katalitik oksidatif işlem kullanılarak gaz yağının kükürt giderimi ve optimum koşullarının incelenmesi. Kore Kimya Mühendisliği Dergisi 30(9), Eylül 2013. 1751-1759.
Çeşitli türlerde kükürt içeriği içeren gaz yağının kükürt bileşiklerini azaltmak için ultrason destekli oksidatif kükürt giderme işlemi (UAOD) uygulanmıştır. Çevre düzenlemesi, kükürt bileşiklerini ortadan kaldırmak için çok derin bir kükürt giderme gerektirir. UAOD, daha düşük işletme maliyeti ve daha yüksek güvenlik ve çevre koruması ile gelecek vaat eden bir teknolojidir. İlk kez tipik faz transfer ajanı (tetraoktil-amonyum-bromür) izobütanol ile değiştirildi, çünkü izobütanol kullanmak TOAB'den çok daha ekonomiktir ve kontaminasyona neden olmaz. Reaksiyon, H'nin kademeli olarak artmasının etkisini araştırarak, tek, iki ve üç aşamalı prosedürlerde, çeşitli sıcaklıklarda en uygun noktada gerçekleştirildi.2O2 ve izobütanol yerine TOAB kullanılıyor. Yağ fazındaki toplam kükürt konsantrasyonu ASTM-D3120 yöntemi ile analiz edilmiştir. 9.500 mg / kg kükürt içeren gaz yağı için yaklaşık% 90'lık en yüksek giderim, 180.3 mmol H olduğunda 62±2 ° C'de 17 dakikalık işlem sırasında üç aşamada elde edildi.2O2 kullanılmış ve ekstraksiyon metanol ile gerçekleştirilmiştir.
Akbari ve ark. (2014): Model dizelin MoO üzerinde oksidatif kükürt gidermede uygulanan ultrasonografinin proses değişkenlerinin ve yoğunlaştırma etkilerinin araştırılması3/Al2O3 katalizör. Ultrasonik Sonokimya 21(2), Mart 2014. 692–705.
Bir MoO'dan oluşan yeni bir heterojen sonokatalitik sistem3/Al2O3 katalizör ve H2O2 Ultrasonikasyon ile birleştirildiğinde, dizelin model kükürt bileşiklerinin oksidasyonunu iyileştirmek ve hızlandırmak için çalışılmıştır, bu da proses verimliliğinde önemli bir artışa neden olmuştur. Ultrasonun katalizörün özellikleri, aktivitesi ve stabilitesi üzerindeki etkisi, GC-FID, PSD, SEM ve BET teknikleri ile ayrıntılı olarak incelenmiştir. 1000 μg/g kükürt içeren model dizelde DBT'nin �'in üzerinde dönüşümü, H'de yeni ultrason destekli kükürt giderme ile elde edildi.2O2/ kükürt molar oranı 3, 318 K sıcaklık ve 30 dakikalık reaksiyondan sonra 30 g / L katalizör dozu, sessiz işlem sırasında elde edilen% 55 dönüşümün aksine. Bu iyileştirme, çalışma parametreleri ve katalizör özelliklerinden önemli ölçüde etkilenmiştir. Ana süreç değişkenlerinin etkileri, ultrasonikasyona kıyasla sessiz süreçte yanıt yüzeyi metodolojisi kullanılarak araştırıldı. Ultrason, hidrojen bağının kırılması ve bunların yağ fazında topaksızlaştırılması ile katalizör ve oksidanın iyi bir şekilde dağılmasını sağlamıştır. Katalizör yüzeyinde safsızlıkların birikmesi, sessiz deneylerde hızlı bir deaktivasyona neden oldu ve geri dönüştürülmüş katalizör tarafından 6 döngü sessiz reaksiyondan sonra DBT oksidasyonunun sadece% 5'i ile sonuçlandı. DBT'nin% 95'inden fazlası, ultrasonikasyon sırasında yüzeyi temizleyerek stabilitede büyük bir gelişme gösteren 6 ultrason destekli döngüden sonra oksitlendi. Model yakıtta daha fazla katalizör dağılımı sağlayabilen 3 saatlik sonikasyondan sonra önemli bir parçacık boyutu azalması da gözlendi.
Afzalinia ve ark. (2016): Katalizör olarak birbirine nüfuz eden amin ile işlevselleştirilmiş Zn (II) bazlı bir MOF içinde kapsüllenmiş fosfotungstik asit ile sıvı yakıtın ultrason destekli oksidatif kükürt giderme işlemi. Ultrasonik Sonokimya 2016
Bu çalışmada, sıvı yakıtların ultrason destekli oksidatif kükürt giderme (UAOD), yeni bir heterojen yüksek oranda dağılmış Keggin tipi fosfotungstik asit (H3PW12O40, PTA) amino ile işlevselleştirilmiş bir MOF (TMU-17 -NH2) içine kapsüllenmiş katalizör. Hazırlanan kompozit, model yakıtın oksidatif kükürt gidermesinde yüksek katalitik aktivite ve yeniden kullanılabilirlik sergiler. Ultrason destekli oksidatif kükürt giderme (UAOD), kükürt içeren bileşiklerin oksidasyon reaksiyonunu hafif koşullar altında hızlı, ekonomik, çevre dostu ve güvenli bir şekilde gerçekleştirmenin yeni bir yoludur. Ultrason dalgaları, reaksiyon süresini azaltmak ve oksidatif kükürt giderme sistemi performansını artırmak için etkili bir araç olarak uygulanabilir. PTA@TMU-17-NH2, ekstraksiyon çözücüsü olarak MeCN varlığında model yağın 20 mg katalizör, O/S molar oranı 1: 1 ile tamamen kükürtten arındırılması gerçekleştirilebilir. Elde edilen sonuçlar, DBT'nin DBTO2'ye dönüşümlerinin ortam sıcaklığında 15 dakika sonra% 98'e ulaştığını göstermiştir. Bu çalışmada TMU-17-NH2 ve PTA/TMU-17-NH2 kompoziti ilk kez ultrason ışınlaması ile hazırlandı ve UAOD işleminde kullanıldı. Hazırlanan katalizör, PTA sızıntısı ve aktivite kaybı olmadan mükemmel bir yeniden kullanılabilirlik sergiler.