Các hợp chất chứa lưu huỳnh trong dầu thô, dầu mỏ, dầu diesel và các loại dầu nhiên liệu khác bao gồm sunfua, thiol, thiophenes, benzo- và dibenzothiophenes thay thế (BT và DBT), benzonaphthothiophene (BNT) và nhiều phân tử phức tạp hơn, trong đó thiophenes ngưng tụ là dạng phổ biến nhất. Lò phản ứng siêu âm Hielscher hỗ trợ quá trình khử lưu huỳnh sâu oxy hóa cần thiết để đáp ứng các quy định môi trường nghiêm ngặt ngày nay và thông số kỹ thuật diesel lưu huỳnh cực thấp (ULSD, 10ppm lưu huỳnh).

Khử lưu huỳnh oxy hóa (ODS)

Khử lưu huỳnh oxy hóa với hydrogen peroxide và chiết dung môi tiếp theo là một công nghệ khử lưu huỳnh sâu hai giai đoạn để giảm lượng các hợp chất organosulfur trong dầu nhiên liệu. Lò phản ứng siêu âm Hielscher được sử dụng ở cả hai giai đoạn để cải thiện động học phản cảm chuyển pha và tỷ lệ hòa tan trong các hệ thống pha lỏng-lỏng.

Flowchart cho Ultrasonically hỗ trợ oxy hóa desulfurization – 2 các giai đoạn

Ở giai đoạn đầu tiên của ultrasonically hỗ trợ khử lưu huỳnh oxy hóa, hydrogen peroxide được sử dụng như một chất oxy hóa để có chọn lọc oxy hóa các phân tử chứa lưu huỳnh có mặt trong các loại dầu nhiên liệu để sulfoxit tương ứng của họ hoặc sulfon dưới nhẹ điều kiện để tăng độ hòa tan của chúng trong các dung môi cực với sự tăng tính phân cực của chúng. Ở giai đoạn này, sự không hòa tan của pha nước cực và giai đoạn hữu cơ không cực là một vấn đề quan trọng trong quá trình khử lưu huỳnh oxy hóa như cả hai giai đoạn phản ứng với nhau chỉ tại các interphase. Nếu không có Ultrasonics, điều này dẫn đến một tỷ lệ phản ứng thấp và chuyển đổi chậm của organosulfur trong hệ thống hai giai đoạn này.

Siêu âm emulsification

Pha dầu và pha nước được trộn và bơm vào máy trộn tĩnh để tạo ra nhũ tương cơ bản có tỷ lệ thể tích không đổi sau đó được đưa đến lò phản ứng trộn siêu âm. Trong đó, cavitation siêu âm tạo ra cắt thủy lực cao và phá vỡ pha nước thành các giọt dưới micron và nano. Vì diện tích bề mặt cụ thể của ranh giới pha có ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học, việc giảm đáng kể đường kính giọt này giúp cải thiện động học phản ứng và giảm hoặc loại bỏ sự cần thiết của các tác nhân chuyển pha. Sử dụng siêu âm, tỷ lệ phần trăm thể tích của peroxide có thể được hạ xuống, bởi vì nhũ tương mịn hơn cần khối lượng ít hơn để cung cấp cùng một bề mặt tiếp xúc với pha dầu.

Ultrasonically hỗ trợ oxy hóa

Cavitation siêu âm tạo ra nhiệt địa phương mạnh mẽ (~ 5000K), áp suất cao (~ 1000atm), tỷ lệ sưởi ấm và làm mát rất lớn (>10⁹ K/SEC), và các dòng máy bay phản lực lỏng (~ 1000 km/h). Môi trường cực kỳ phản ứng này ôxi hóa thiophenes trong pha dầu nhanh hơn và hoàn toàn hơn với sulfoxide và sulfones cực lớn hơn. Chất xúc tác có thể hỗ trợ quá trình oxy hóa hơn nữa nhưng chúng không cần thiết. Xúc tác nhũ tương amphiphilic hoặc xúc tác chuyển pha (PTC), chẳng hạn như muối amoni bậc bốn với khả năng duy nhất của họ để hòa tan trong cả nước và chất lỏng hữu cơ đã được hiển thị để kết hợp với oxy hóa và vận chuyển nó từ giao diện giai đoạn phản ứng, qua đó tăng tốc độ phản ứng. Thuốc thử của Fenton có thể được thêm vào để tăng cường hiệu quả khử lưu huỳnh oxy hóa cho nhiên liệu diesel và nó cho thấy một hiệu ứng synergetic tốt với việc xử lý quá trình oxy hoá Sono.

Tăng cường truyền khối lượng bằng siêu âm điện

Khi các hợp chất organosulfur phản ứng ở một ranh giới pha, các sulfoxit và sulfon tích tụ ở bề mặt giọt nước và ngăn chặn các hợp chất lưu huỳnh khác từ tương tác ở pha nước. Việc cắt thủy lực gây ra bởi các dòng máy bay phản lực cavitational và streaming âm thanh kết quả trong dòng chảy hỗn loạn và vận chuyển vật liệu từ và đến các bề mặt giọt và dẫn đến sự kết hợp lặp lại và hình thành tiếp theo của các giọt mới. Khi quá trình oxy hóa tiến triển theo thời gian, sonication tối đa hoá sự tiếp xúc và tương tác của thuốc thử.

Khai thác chuyển pha Sulfones

Sau quá trình oxy hóa và tách khỏi pha nước (H2O2), các sulfone có thể được chiết xuất bằng dung môi phân cực, chẳng hạn như acetonitril ở giai đoạn thứ hai. Các sulfone sẽ chuyển ở ranh giới pha giữa cả hai pha sang pha dung môi để có độ phân cực cao hơn. Giống như ở giai đoạn đầu tiên, lò phản ứng siêu âm Hielscher thúc đẩy khai thác chất lỏng-lỏng bằng cách tạo ra một nhũ tương hỗn loạn kích thước tốt của pha dung môi trong pha dầu. Điều này làm tăng bề mặt tiếp xúc pha và kết quả chiết xuất và giảm sử dụng dung môi.

Từ thí nghiệm thử nghiệm để thí điểm quy mô và sản xuất

Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị để kiểm tra, xác minh và sử dụng công nghệ này ở bất kỳ quy mô nào. Về cơ bản nó được thực hiện trong 4 bước, chỉ.

1. Trộn dầu với H2O2 và sonicate để oxy hóa các hợp chất lưu huỳnh
2. Máy ly tâm để tách nước pha
3. Pha dầu pha với dung môi và sonicate để trích xuất sulfon
4. Máy ly tâm để tách pha dung môi với sulfon

Ở quy mô phòng thí nghiệm, bạn có thể sử dụng UP200Ht để chứng minh khái niệm và điều chỉnh các thông số cơ bản, chẳng hạn như nồng độ peroxide, nhiệt độ xử lý, thời gian sonication và cường độ cũng như chất xúc tác hoặc dung môi sử dụng.
Ở cấp độ băng ghế dự bị, một sonicator mạnh mẽ như UIP1000hdT hoặc UIP2000hdT cho phép mô phỏng cả hai giai đoạn độc lập ở tốc độ dòng chảy từ 100 đến 1000L / giờ (25 đến 250 gal / giờ) và để tối ưu hóa các thông số quá trình và sonication. Thiết bị siêu âm Hielscher được thiết kế để mở rộng quy mô tuyến tính lên đến khối lượng xử lý lớn hơn ở quy mô thí điểm hoặc sản xuất. Cài đặt Hielscher được chứng minh là hoạt động đáng tin cậy cho các quy trình khối lượng lớn, bao gồm cả tinh chế nhiên liệu. Hielscher sản xuất các hệ thống container, kết hợp một số thiết bị 10kW hoặc 16kW công suất cao của chúng tôi vào các cụm để dễ dàng tích hợp. Các thiết kế để đáp ứng các yêu cầu về môi trường nguy hiểm cũng có sẵn. Bảng dưới đây liệt kê khối lượng xử lý và kích thước thiết bị được đề xuất.

Hệ thống trộn siêu âm – 2 sợi 6x10kW (2x120m³/nhân sự

Lợi ích của sử dụng Ultrasonication

UAODS cung cấp những lợi thế đáng kể so với HDS. Thiophenes, thay thế Benzo-và dibenzothiophenes bị ôxi hóa trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp. Do đó, hydro đắt tiền là không cần thiết làm cho quá trình này phù hợp hơn cho các nhà máy lọc dầu cỡ vừa và nhỏ, hoặc các nhà máy lọc dầu bị cô lập không nằm gần một đường ống dẫn hydro. Tốc độ phản ứng tăng lên và nhiệt độ phản ứng nhẹ và áp suất tránh việc làm của các dung môi khan hay aprotic đắt tiền.
Tích hợp một thiết bị khử lưu huỳnh oxy hóa (UAODS) ultrasonically hỗ trợ với một đơn vị thủy điều trị thông thường có thể cải thiện hiệu quả trong sản xuất nhiên liệu diesel sulfur thấp và/hoặc siêu thấp. Công nghệ này có thể được sử dụng trước hoặc sau khi thông thông thường để giảm mức lưu huỳnh.
Quá trình UAODS có thể giảm chi phí vốn ước tính hơn một nửa so với chi phí của một hydrotreater áp suất cao mới.

Nhược điểm của Hydrodesulfurization (HDS)

Trong khi hydrodesulfurization (HDS) là một quá trình hiệu quả cao để loại bỏ thiols, sulfides, và disulfit, rất khó để loại bỏ các hợp chất chứa lưu huỳnh chịu lửa như dibenzothiophene và các dẫn xuất của nó (ví dụ: 4, 6- dimethydibenzothiophene 4, 6-DMDBT) đến một mức độ cực thấp. Nhiệt độ cao, áp suất cao và tiêu thụ hydro cao đang thúc đẩy vốn và chi phí vận hành của HDS cho việc khử lưu huỳnh cực sâu. Vốn đầu tư cao và chi phí vận hành là không thể tránh khỏi. Mức độ theo dõi còn lại của lưu huỳnh có thể độc các chất xúc tác kim loại quý hiếm được sử dụng trong quá trình tái tạo và chuyển đổi hoặc các chất xúc tác điện cực được sử dụng trong các ngăn xếp tế bào nhiên liệu.