Ultrasonically hỗ trợ oxy hóa khử lưu huỳnh (UAODS)
Các hợp chất chứa lưu huỳnh trong dầu thô, dầu mỏ, dầu diesel và các loại dầu nhiên liệu khác bao gồm sunfua, thiol, thiophene, benzo- và dibenzothiophene thay thế (BT và DBT), benzonaphthothiophene (BNT) và nhiều phân tử phức tạp khác, trong đó thiophene 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 nghiêm ngặt về môi trường ngày nay và các thông số kỹ thuật diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp (ULSD, lưu huỳnh 10ppm).
Khử lưu huỳnh oxy hóa (ODS)
Khử lưu huỳnh oxy hóa bằng hydrogen peroxide và chiết xuất dung môi tiếp theo là một công nghệ khử lưu huỳnh sâu hai giai đoạn để giảm lượng hợp chất lưu huỳnh hữu cơ trong dầu nhiên liệu. Lò phản ứng siêu âm Hielscher được sử dụng ở cả hai giai đoạn để cải thiện động học phản ứng chuyển pha và tốc độ hòa tan trong hệ thống pha lỏng-lỏng.
Sơ đồ khử lưu huỳnh oxy hóa hỗ trợ siêu âm – 2 Giai đoạn
Ở giai đoạn đầu tiên của quá trình khử lưu huỳnh oxy hóa hỗ trợ siêu âm, hydrogen peroxide được sử dụng như một chất oxy hóa để oxy hóa có chọn lọc các phân tử chứa lưu huỳnh có trong dầu nhiên liệu thành sulfoxide hoặc sulfon tương ứng của chúng trong điều kiện nhẹ để tăng độ hòa tan của chúng trong dung môi phân cực với sự gia tăng phân cực của chúng. 
Ở giai đoạn này, tính không hòa tan của pha nước phân cực và pha hữu cơ không phân cực là một vấn đề quan trọng trong quá trình khử lưu huỳnh oxy hóa vì cả hai pha chỉ phản ứng với nhau ở kẽ pha. Nếu không có siêu âm, điều này dẫn đến tốc độ phản ứng thấp và chuyển đổi lưu huỳnh hữu cơ chậm trong hệ thống hai pha này.
Việc lắp đặt tinh chế yêu cầu thiết bị công nghiệp hạng nặng, phù hợp để xử lý khối lượng lớn 24/7. Nhận Hielscher!
Nhũ tương siêu âm
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 vào lò phản ứng trộn siêu âm. Trong đó, xâm thực siêu âm tạo ra lực cắt thủy lực cao và phá vỡ pha nước thành các giọt dưới micron và kích thước nano. Vì diện tích bề mặt cụ thể của ranh giới pha có ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học, nên việc giảm đáng kể đường kính giọt này giúp cải thiện động học phản ứng và giảm hoặc loại bỏ nhu cầu về các tác nhân chuyển pha. Sử dụng siêu âm, phần trăm thể tích của peroxide có thể được giảm xuống, bởi vì nhũ tương mịn hơn cần ít thể tích hơn để cung cấp cùng bề mặt tiếp xúc với pha dầu.
Oxy hóa hỗ trợ siêu âm
Vi hóa siêu âm tạo ra nhiệt độ cục bộ mạnh (~ 5000K), áp suất cao (~ 1000atm), tốc độ làm nóng và làm mát khổng lồ (>109 K / giây), và các luồng phản lực lỏng (~ 1000 km / h). Môi trường cực kỳ phản ứng này oxy hóa thiophenes trong pha dầu nhanh hơn và hoàn toàn hơn thành sulfoxide và sulfone phân cực lớn hơn. Chất xúc tác có thể hỗ trợ thêm quá trình oxy hóa nhưng chúng không cần thiết. Chất xúc tác nhũ tương lưỡng tính hoặc chất xúc tác chuyển pha (PTC), chẳng hạn như muối amoni bậc bốn với khả năng hòa tan độc đáo trong cả chất lỏng nước và hữu cơ đã được chứng minh là kết hợp với chất oxy hóa và vận chuyển nó từ pha giao diện đến pha phản ứng, do 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 tác dụng hiệp đồng tốt với quá trình oxy hóa sono.
Tăng cường truyền khối lượng bằng siêu âm công suất
Khi các hợp chất hữu cơ lưu huỳnh phản ứng ở ranh giới pha, sulfoxit và sulfon tích tụ ở bề mặt giọt nước và ngăn chặn các hợp chất lưu huỳnh khác tương tác ở pha nước. Cắt thủy lực gây ra bởi các luồng phản lực xâm thực và dòng âm học dẫn đến dòng chảy hỗn loạn và vận chuyển vật liệu từ và đến bề mặt giọt và dẫn đến sự kết hợp lặp đi lặp lại và sau đó hình thành các giọt mới. Khi quá trình oxy hóa tiến triển theo thời gian, quá trình siêu âm tối đa hóa sự tiếp xúc và tương tác của thuốc thử.
Chiết xuất chuyển pha của sulfone
Sau quá trình oxy hóa và tách khỏi pha nước (H2O2), sulfon có thể được chiết xuất bằng dung môi phân cực, chẳng hạn như acetonitrile ở giai đoạn thứ hai. Các sulfone sẽ chuyển ở ranh giới pha giữa cả hai pha sang pha dung môi để có phân cực cao hơn. Giống như ở giai đoạn đầu tiên, lò phản ứng siêu âm Hielscher tăng cường chiết xuất lỏng-lỏng bằng cách tạo ra nhũ tương hỗn loạn kích thước nhỏ 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 thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đến quy mô thí điểm và sản xuất
Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị để kiểm tra, xác minh và sử dụng công nghệ này ở mọi quy mô. Về cơ bản, nó được thực hiện trong 4 bước, chỉ.
- Trộn dầu với H2O2 và siêu âm để oxy hóa các hợp chất lưu huỳnh
- Máy ly tâm để tách pha nước
- Trộn pha dầu với dung môi và sonicate để chiết xuất sulfone
- Máy ly tâm để tách pha dung môi với sulfone
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 quá trình, thời gian và cường độ siêu âm cũng như sử dụng chất xúc tác hoặc dung môi.
Ở cấp độ để bàn, một bộ siêu âm 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 quy trình và siêu âm. Thiết bị siêu âm Hielscher được thiết kế để mở rộng quy mô tuyến tính lên khối lượng xử lý lớn hơn ở quy mô thí điểm hoặc quy mô sản xuất. Việc lắp đặt Hielscher đã được chứng minh là hoạt động đáng tin cậy cho các quy trình khối lượng lớn, bao gồm cả lọc nhiên liệu. Hielscher sản xuất các hệ thống container, kết hợp một số thiết bị công suất cao 10kW hoặc 16kW của chúng tôi thành 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 khuyến nghị.
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 5 đến 200mL | 50 đến 500mL / phút | UP200Ht, UP400S |
| 0.1 đến 2L | 0.25 đến 2m3/Hr | UIP1000hd, UIP2000hd |
| 0.4 đến 10L | 1 đến 8m3/Hr | UIP4000 |
| N.A. | 4 đến 30m3/Hr | UIP16000 |
| N.A. | trên 30m3/Hr | Cụm UIP10000 hoặc UIP16000 |
hệ thống trộn siêu âm – 2 sợi 6x10kW (2x120m3/giờ)
- este hóa axit
- Quá trình chuyển este kiềm
- Aquafuels (Nước/Dầu)
- Làm sạch cảm biến dầu ngoài khơi
- Chuẩn bị chất lỏng khoan
Lợi ích của việc sử dụng siêu âm
UAODS mang lại những lợi thế đáng kể so với HDS. Thiophenes, benzo- và dibenzothiophenes thay thế được oxy hóa trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp. Do đó, không cần hydro đắt tiền làm cho quá trình này phù hợp hơn với các nhà máy lọc dầu quy mô vừa và nhỏ, hoặc các nhà máy lọc dầu biệt lập không nằm gần đường ống dẫn hydro. Tốc độ phản ứng tăng lên và nhiệt độ và áp suất phản ứng nhẹ giúp tránh sử dụng dung môi khan hoặc aprotic đắt tiền.
Tích hợp thiết bị khử lưu huỳnh oxy hóa hỗ trợ siêu âm (UAODS) với thiết bị xử lý thủy lực thông thường có thể cải thiện hiệu quả trong việc sản xuất nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh thấp và / hoặc cực thấp. Công nghệ này có thể được sử dụng trước hoặc sau khi xử lý thủy lực thông thường để giảm mức lưu huỳnh.
Quy trình UAODS có thể giảm hơn một nửa chi phí vốn ước tính khi so sánh với chi phí của một máy xử lý thủy áp suất cao mới.
Nhược điểm của khử lưu huỳnh thủy hóa (HDS)
Mặc dù khử lưu huỳnh thủy hóa (HDS) là một quá trình hiệu quả cao để loại bỏ thiol, sunfua và disulfua, nhưng rất khó để loại bỏ các hợp chất có chứa lưu huỳnh chịu lửa như dibenzothiophene và các dẫn xuất của nó (ví dụ: 4,6-dimethydibenzothiophene 4,6-DMDBT) ở mức cực thấp. Nhiệt độ cao, áp suất cao và tiêu thụ hydro cao đang làm tăng vốn và chi phí vận hành của HDS để khử lưu huỳnh cực sâu. Chi phí vốn và vận hành cao là điều không thể tránh khỏi. Mức lưu huỳnh còn lại có thể gây độc các chất xúc tác kim loại quý được sử dụng trong quá trình tái tạo và biến đổi hoặc chất xúc tác điện cực được sử dụng trong ngăn xếp pin nhiên liệu.