Siêu âm khử lưu huỳnh nhiên liệu hàng hải
- Nhiên liệu hàng hải bị ảnh hưởng bởi các quy định mới, yêu cầu hàm lượng lưu huỳnh từ 0,5% m / m trở xuống.
- Siêu âm hỗ trợ khử lưu huỳnh oxy hóa (UAOD) là một phương pháp được thiết lập để tăng tốc phản ứng oxy hóa và là một quá trình kinh tế và an toàn.
- Các quá trình UAOD có thể được chạy ở nhiệt độ môi trường xung quanh và áp suất khí quyển và cho phép loại bỏ có chọn lọc các hợp chất lưu huỳnh khỏi nhiên liệu hydrocarbon.
- Hệ thống siêu âm hiệu suất cao Hielscher dễ lắp đặt và an toàn để hoạt động trên tàu hoặc trên bờ.
Nhiên liệu hàng hải lưu huỳnh thấp
Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) đã thực hiện các quy định mới, theo đó các tàu biển trên toàn thế giới được yêu cầu sử dụng nhiên liệu hàng hải có hàm lượng lưu huỳnh 0,5%m/m bắt đầu từ tháng 1/2020. Những quy định mới này đòi hỏi những thay đổi sâu sắc trong chế biến nhiên liệu hàng hải: Để đáp ứng các tiêu chuẩn mới cho nhiên liệu lưu huỳnh thấp, cần có một quá trình khử lưu huỳnh hiệu quả.
Ultrasonically hỗ trợ oxy hóa desulphurization (UAOD) của nhiên liệu hydrocarbon lỏng như xăng, naphtha, diesel, nhiên liệu hàng hải, vv là một phương pháp hiệu quả cao và khả thi để loại bỏ lưu huỳnh từ khối lượng lớn dòng nhiên liệu nặng.
Lưu đồ khử lưu huỳnh oxy hóa siêu âm 2 giai đoạn
Khử lưu huỳnh oxy hóa
Khử lưu huỳnh oxy hóa (ODS) là một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường và kinh tế cho hydrodesulphurization (HDS) vì các hợp chất lưu huỳnh bị oxy hóa có thể dễ dàng tách ra khỏi dầu nhiên liệu nặng. Sau bước khử trùng oxy hóa, các hợp chất lưu huỳnh được chiết xuất được phân tách bằng các phương pháp vật lý, ví dụ như sử dụng dung môi phân cực không trộn lẫn và trọng lực, hấp phụ hoặc tách ly tâm tiếp theo. Ngoài ra, phân hủy nhiệt có thể được sử dụng để loại bỏ lưu huỳnh bị oxy hóa.
Đối với phản ứng khử lưu huỳnh oxy hóa, một chất oxy hóa (ví dụ, hydro H2O2, natri clorit NaClO2, oxit nitơ N2O, natri tuần hoàn NaIO4), cần có chất xúc tác (ví dụ: axit) cũng như thuốc thử chuyển pha. Thuốc thử chuyển pha giúp thúc đẩy phản ứng không đồng nhất giữa pha nước và pha dầu, là bước giới hạn tốc độ của phản ứng ODS.
- Hiệu quả cao – khử lưu huỳnh lên đến 98%
- Kinh tế: Đầu tư thấp, chi phí vận hành thấp
- Không ngộ độc chất xúc tác
- Mở rộng quy mô dễ dàng, tuyến tính
- An toàn để vận hành
- trên bờ & Lắp đặt ngoài khơi (trên tàu)
- ROI nhanh
Ultrasonically hỗ trợ oxy hóa desulphurization
Trong khi hydrodesulphurization (HDS) đòi hỏi chi phí đầu tư cao hơn, nhiệt độ phản ứng cao lên đến 400ºC và áp suất cao lên đến 100atm trong các lò phản ứng, quá trình khử lưu huỳnh oxy hóa hỗ trợ siêu âm (UAOD) thuận tiện, hiệu quả và xanh hơn nhiều. UAOD tăng cường đáng kể khả năng phản ứng của việc loại bỏ lưu huỳnh xúc tác và đồng thời cung cấp chi phí vận hành thấp hơn, an toàn cao hơn và bảo vệ môi trường. Hệ thống lò phản ứng dòng chảy siêu âm công nghiệp làm tăng tốc độ khử lưu huỳnh do sự phân tán hiệu quả cao và do đó cải thiện động học phản ứng. Kể từ khi xử lý siêu âm cung cấp phân tán quy mô nano, việc chuyển khối lượng giữa các pha khác nhau trong phản ứng không đồng nhất được tăng mạnh.
Siêu âm (âm thanh) Cavitation tăng tốc độ phản ứng và truyền khối lượng bởi các điều kiện khắc nghiệt, đạt được trong các điểm nóng xâm thực. Trong quá trình nổ bong bóng xâm thực, nhiệt độ rất cao khoảng 5.000K, tốc độ làm mát rất nhanh, áp suất xấp xỉ 2.000atm và theo đó chênh lệch nhiệt độ và áp suất cực đoan đạt được cục bộ. Sự nổ tung của bong bóng xâm thực cũng dẫn đến các tia chất lỏng có vận tốc lên tới 280m / s, tạo ra lực cắt rất cao. Những lực cơ học phi thường này làm tăng tốc thời gian phản ứng oxy hóa và tăng hiệu suất chuyển đổi lưu huỳnh trong vòng vài giây.
Loại bỏ lưu huỳnh hoàn chỉnh hơn
Trong khi mercaptans, thioether, sulfide và disulfide có thể được loại bỏ bằng quy trình hydrodesulphurization thông thường (HDS), để loại bỏ thiophenes, benzothiophens (BT), dibenzothiophenes (DBT) và 4,6-dimethyldibenzothiophenes (4,6-DMDBT) một phương pháp tinh vi hơn là cần thiết. Siêu âm oxy hóa desulphurization có hiệu quả cao khi nói đến việc loại bỏ ngay cả các hợp chất chịu lửa lưu huỳnh khó loại bỏ (ví dụ, 4,6-dimethyldibenzothiophene và các dẫn xuất thiophene thay thế alkyl khác). Ebrahimi et al. (2018) báo cáo a hiệu suất khử lưu huỳnh lên tới 98,25% bằng cách sử dụng lò phản ứng Hielscher Tối ưu hóa để loại bỏ lưu huỳnh. Hơn nữa, các hợp chất lưu huỳnh oxy hóa siêu âm có thể được tách ra thông qua rửa nước cơ bản.
Hiệu quả của quy trình UAOD nhiều bước ở các thông số tối ưu
Kiểm tra tính khả thi khử lưu huỳnh siêu âm với UP400S
Shayegan et al. 2013 kết hợp ultrasonication (UP400S) với hydro peroxide làm chất oxy hóa, FeSO làm chất xúc tác, axit axetic làm chất điều chỉnh pH và metanol làm dung môi chiết xuất để giảm lượng lưu huỳnh của dầu khí.
Các hằng số tốc độ phản ứng trong quá trình khử lưu huỳnh oxy hóa có thể được tăng lên rất nhiều bằng cách thêm các ion kim loại làm chất xúc tác và sử dụng sonication. Năng lượng siêu âm có thể làm giảm năng lượng kích hoạt của phản ứng. Điều trị ultrasonication phá vỡ lớp ranh giới giữa chất xúc tác rắn và thuốc thử và cung cấp một hỗn hợp đồng nhất của chất xúc tác và thuốc thử – cải thiện do đó động học phản ứng.
Quá trình chiết xuất lưu huỳnh là một bước quan trọng trong quá trình khử lưu huỳnh với mục tiêu thu hồi tổng khối lượng dầu khí khử lưu huỳnh. Sử dụng chiết lỏng-lỏng sử dụng metanol làm dung môi là một quá trình chiết xuất đơn giản, nhưng để đảm bảo hiệu quả cao, việc trộn hiệu quả các pha không trộn lẫn là điều cần thiết. Chỉ khi giao diện tối đa và sau đó truyền khối lượng tối đa diễn ra giữa các pha, tốc độ khai thác cao mới đạt được. Ultrasonication và tạo ra cavitation âm thanh cung cấp sự pha trộn mạnh mẽ của các pha phản ứng và làm giảm năng lượng kích hoạt của phản ứng.
Đơn vị siêu âm hiệu suất cao để khử lưu huỳnh nhiên liệu hàng hải
Hielscher Ultrasonics là công ty dẫn đầu thị trường về hệ thống siêu âm công suất cao cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe như UAOD ở quy mô công nghiệp. Biên độ cao lên đến 200μm, hoạt động 24/7 dưới tải đầy đủ và nhiệm vụ nặng nề, mạnh mẽ và thân thiện với người dùng là các tính năng chính của Hielscher ultrasonicators. Hệ thống siêu âm của các lớp năng lượng khác nhau và các phụ kiện khác nhau như sonotrodes và hình học lò phản ứng dòng chảy cho phép thích ứng phù hợp nhất của hệ thống siêu âm với nhiên liệu, khả năng xử lý và môi trường cụ thể của bạn.
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP400ST |
| 0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdt |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | Lớn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Bộ vi xử lý siêu âm công suất cao từ phòng thí nghiệm đến thí điểm và quy mô công nghiệp.
Văn học / Tài liệu tham khảo
- 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.
Kết quả nghiên cứu về khử lưu huỳnh oxy hóa siêu âm hỗ trợ (UAOD)
Prajapati và cộng sự (2018): Khử lưu huỳnh dầu thô bằng công nghệ oxy hóa tích hợp siêu âm. IJSRD – Tạp chí quốc tế về nghiên cứu khoa học & Phát triển Vol. 6, Số 02, 2018.
Prajapati et al. (2018) mô tả những lợi ích của lò phản ứng siêu âm Hielscher đối với quá trình khử lưu huỳnh oxy hóa hỗ trợ siêu âm (UAOD). UAOD đã trở thành một công nghệ thay thế khả thi cho hydrotreatment truyền thống, vốn bị suy giảm bởi chi phí đầu tư và vận hành đáng kể do thiết bị hydrodesulphurization áp suất cao, nhiệt độ cao, nồi hơi, nhà máy hydro và các đơn vị thu hồi lưu huỳnh. Siêu âm hỗ trợ khử lưu huỳnh oxy hóa cho phép thực hiện quá trình loại bỏ sâu lưu huỳnh trong điều kiện nhẹ hơn nhiều, nhanh hơn, an toàn hơn và kinh tế hơn nhiều.
Quá trình khử lưu huỳnh oxy hóa hỗ trợ siêu âm (UAOD) đã được áp dụng cho dầu diesel và nguyên liệu sản phẩm dầu mỏ có chứa các hợp chất lưu huỳnh mô hình (benzothiophene, dibenzothiophene và dimethyldibenzothiophene). Ảnh hưởng của lượng oxy hóa, thể tích dung môi cho bước chiết, thời gian và nhiệt độ xử lý siêu âm (UIP1000hdt, 20 kHz, 750 W, hoạt động ở 40%) đã được điều tra. Sử dụng các điều kiện tối ưu hóa cho UAOD, loại bỏ lưu huỳnh lên đến 99% đã đạt được cho các hợp chất mô hình trong nguyên liệu sản phẩm dầu mỏ bằng cách sử dụng tỷ lệ mol cho H2O2: axit axetic: lưu huỳnh 64: 300: 1, sau 9 phút xử lý siêu âm ở 90ºC, tiếp theo là chiết xuất bằng metanol (tỷ lệ dung môi và dầu được tối ưu hóa là 0,36). Sử dụng cùng một lượng thuốc thử và 9 phút siêu âm, việc loại bỏ lưu huỳnh cao hơn 75% đối với các mẫu dầu diesel.
Tầm quan trọng của biên độ siêu âm cao
Tăng cường siêu âm khử lưu huỳnh oxy hóa quy mô thương mại của dầu thô đòi hỏi phải sử dụng một bộ xử lý siêu âm dòng chảy công nghiệp có thể duy trì biên độ rung cao khoảng 80 – 100 microns. Các biên độ liên quan trực tiếp đến cường độ của lực cắt tạo ra xâm thực siêu âm và phải được duy trì ở mức đủ cao để trộn có hiệu quả.
Các thí nghiệm được thực hiện bởi Prajapati et al. cho thấy ultrasonication tăng cường phản ứng khử lưu huỳnh. Hiệu suất khử lưu huỳnh khoảng 93,2% khi siêu âm hiệu suất cao được áp dụng.
Shayegan et al. (2013): Loại bỏ lưu huỳnh của dầu khí bằng cách sử dụng quá trình oxy hóa xúc tác hỗ trợ siêu âm và nghiên cứu các điều kiện tối ưu của nó. Tạp chí Kỹ thuật Hóa học Hàn Quốc 30(9), tháng 9 năm 2013. 1751-1759.
Quá trình khử lưu huỳnh oxy hóa hỗ trợ siêu âm (UAOD) đã được áp dụng để giảm các hợp chất lưu huỳnh của dầu khí có chứa các loại hàm lượng lưu huỳnh khác nhau. Các quy định môi trường đòi hỏi phải khử lưu huỳnh rất sâu để loại bỏ các hợp chất lưu huỳnh. UAOD là một công nghệ đầy hứa hẹn với chi phí vận hành thấp hơn và an toàn và bảo vệ môi trường cao hơn. Lần đầu tiên chất chuyển pha điển hình (tetraoctyl-ammonium-bromide) được thay thế bằng isobutanol vì sử dụng isobutanol tiết kiệm hơn nhiều so với TOAB, không gây ô nhiễm. Phản ứng được thực hiện tại điểm tối ưu với các nhiệt độ khác nhau, trong các quy trình đơn, hai và ba bước, điều tra ảnh hưởng của việc tăng dần H2O2 và TOAB đang được sử dụng thay vì isobutanol. Tổng nồng độ lưu huỳnh trong pha dầu được phân tích bằng phương pháp ASTM-D3120. Loại bỏ cao nhất khoảng 90% đối với dầu khí chứa 9.500 mg / kg lưu huỳnh đã đạt được trong ba bước trong 17 phút xử lý ở 62±2 ° C khi 180,3 mmol H2O2 đã được sử dụng và chiết xuất bằng methanol.
Akbari et al. (2014): Điều tra các biến quá trình và hiệu ứng tăng cường của siêu âm áp dụng trong quá trình khử lưu huỳnh oxy hóa của mô hình diesel trên MoO3/Al2O3 chất xúc tác. Ultrasonics Sonochemistry 21(2), tháng 3 năm 2014. 692–705.
Một hệ thống sonocatalytic không đồng nhất mới bao gồm MoO3/Al2O3 chất xúc tác và H2O2 Kết hợp với ultrasonication đã được nghiên cứu để cải thiện và đẩy nhanh quá trình oxy hóa các hợp chất lưu huỳnh mô hình của dầu diesel, dẫn đến một sự tăng cường đáng kể trong hiệu quả quá trình. Ảnh hưởng của siêu âm đến tính chất, hoạt động và độ ổn định của chất xúc tác đã được nghiên cứu chi tiết bằng các kỹ thuật GC-FID, PSD, SEM và BET. Trên 98% chuyển đổi DBT trong mô hình diesel có chứa 1000 μg / g lưu huỳnh thu được bằng cách khử lưu huỳnh hỗ trợ siêu âm mới ở H2O2/ tỷ lệ mol lưu huỳnh là 3, nhiệt độ 318 K và liều chất xúc tác là 30 g / L sau phản ứng 30 phút, trái ngược với sự chuyển đổi 55% thu được trong quá trình im lặng. Cải tiến này bị ảnh hưởng đáng kể bởi các thông số hoạt động và tính chất xúc tác. Ảnh hưởng của các biến quá trình chính đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng trong quá trình im lặng so với siêu âm. Siêu âm cung cấp một sự phân tán tốt của chất xúc tác và chất oxy hóa bằng cách phá vỡ liên kết hydro và deagglomeration của chúng trong pha dầu. Sự lắng đọng tạp chất trên bề mặt chất xúc tác gây ra sự vô hiệu hóa nhanh chóng trong các thí nghiệm im lặng, dẫn đến chỉ 5% quá trình oxy hóa DBT sau 6 chu kỳ phản ứng im lặng bằng chất xúc tác tái chế. Trên 95% DBT đã bị oxy hóa sau 6 chu kỳ hỗ trợ siêu âm cho thấy sự cải thiện lớn về độ ổn định bằng cách làm sạch bề mặt trong quá trình siêu âm. Một sự giảm kích thước hạt đáng kể cũng được quan sát thấy sau khi sonication 3h có thể cung cấp sự phân tán nhiều chất xúc tác hơn trong nhiên liệu mô hình.
Afzalinia et al. (2016): Quá trình khử lưu huỳnh oxy hóa hỗ trợ siêu âm của nhiên liệu lỏng bằng axit phosphotungstic được đóng gói trong MOF dựa trên Zn (II) có chức năng amin xen kẽ làm chất xúc tác. Siêu âm Sonochemistry 2016
Trong công trình này, siêu âm hỗ trợ khử lưu huỳnh oxy hóa (UAOD) của nhiên liệu lỏng được thực hiện với một axit phosphotungstic loại Keggin phân tán cao không đồng nhất mới (H3Tù binh12O40, PTA) chất xúc tác đóng gói thành MOF có chức năng amin (TMU-17 -NH2). Hỗn hợp được chuẩn bị thể hiện hoạt tính xúc tác cao và khả năng tái sử dụng trong quá trình khử lưu huỳnh oxy hóa của nhiên liệu mô hình. Siêu âm hỗ trợ khử lưu huỳnh oxy hóa (UAOD) là một cách mới để thực hiện phản ứng oxy hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh nhanh chóng, kinh tế, thân thiện với môi trường và an toàn, trong điều kiện ôn hòa. Sóng siêu âm có thể được áp dụng như một công cụ hiệu quả để giảm thời gian phản ứng và cải thiện hiệu suất hệ thống khử lưu huỳnh oxy hóa. PTA@TMU-17-NH2 có thể được thực hiện khử lưu huỳnh hoàn toàn dầu mô hình bằng 20 mg chất xúc tác, tỷ lệ mol O / S là 1: 1 với sự có mặt của MeCN làm dung môi chiết xuất. Kết quả thu được chỉ ra rằng việc chuyển đổi DBT sang DBTO2 đạt 98% sau 15 phút ở nhiệt độ môi trường xung quanh. Trong công việc này, chúng tôi đã chuẩn bị hỗn hợp TMU-17-NH2 và PTA / TMU-17-NH2 bằng chiếu xạ siêu âm lần đầu tiên và được sử dụng trong quy trình UAOD. Chất xúc tác đã chuẩn bị thể hiện khả năng tái sử dụng tuyệt vời mà không bị rửa trôi PTA và mất hoạt động.