Примена: Ултразвучна оксидативна екстракција одсумпоравање дизела који садржи сумпор

Примена: Ултразвучна оксидативна екстракција одсумпоравање дизела који садржи сумпор

Апстракт:

Метода ултразвучно-оксидативне екстракције одсумпоравања дизел горива које садржи сумпор карактерише коришћење кисеоника (О₂) или ваздуха као оксиданса током процеса оксидације.

Ова метода комбинује ултразвучно дејство, каталитичку оксидацију и екстракцијско одсумпоравање. У условима нормалног притиска и температуре близу амбијенталне температуре, садржај сумпора у дизел гориву достиже национални В стандард квалитета дизела (<15 μг/г) за врло кратко време, постижући стопу одсумпоравања од преко 96%. У поређењу са постојећим технологијама одсумпоравања, метода овог проналаска не само да постиже значајне резултате одсумпоравања и скраћује време реакције, побољшавајући ефикасност производње, већ такође нуди благе услове реакције, ниске трошкове улагања у опрему и оперативне трошкове, једноставан ток процеса и ниске трошкове производње. То га чини процесом одсумпоравања који штеди енергију, ефикасан и еколошки прихватљив.

Са све строжим еколошким прописима и све строжим захтевима за квалитет лож уља широм света, производња „чистог горива“ са ниским садржајем сумпора постала је неизбежан тренд. Стога, суочени са све строжим ограничењима садржаја сумпора у дизел мотору и огромном потражњом на тржишту за чистим дизел горивом са ниским садржајем сумпора, побољшања и иновације у методама одсумпоравања дизела су од великог практичног значаја. Једињења сумпора у дизелу су првенствено алкилбензотиофени и алкилдибензотиофени. Присуство ових једињења не само да доприноси загађењу СОк током употребе дизела, већ такође значајно доприноси емисији НОк и честица из издувних гасова дизел возила. Тренутно, примарна технологија за индустријску производњу дизела са ниским садржајем сумпора, како на домаћем тако и на међународном нивоу, је хидродесулфуризација (ХДС). Под високом температуром и притиском, хидрогенација се изводи помоћу катализатора за претварање органског сумпора у дизел у Х2С. Ова технологија је ограничена високим трошковима водоника, захтевним реакционим условима, високим инвестиционим и оперативним трошковима и тешкоћама у уклањању стерички отежаних органских једињења сумпора на бази дибензотиофена, која ометају производњу дизела са ултра-ниским садржајем сумпора.

Ултразвучно оксидативно одсумпоравање је постало призната и веома ефикасна метода одсумпоравања. ЦН 01136396.7 извештава да процес оксидативног одсумпоравања дизела, користећи оксидант Х2О2, комбинује ултразвук, катализу фазног преноса и катализу-оксидацију метала. На температури и притиску приближном амбијенту, процес постиже брзину одсумпоравања дизела од 99% или више у року од неколико минута. Одабран је реакциони систем одсумпоравања каталитичке оксидације Х2О2-органска киселина и уведен је ултразвук да би се обезбедила реакциона енергија. Резултати су показали да је реакција каталитичке оксидације дизела изведена на собној температури, са односом катализатора и уља од 0,05, брзином мешања од 300 о/мин, временом реакције од 15 мин, фреквенцијом од 28 кХз и акустичним интензитетом од 0,408 В/цм2. Добијени производ је помешан са екстрактантом (ДМФ) у односу 1:1 на собној температури, екстрахован два пута, а затим одвојен. Стопа одсумпоравања је била 94,8%, док је стопа одсумпоравања без ултразвука била само 67,2%. Ово указује да је ултразвучно оксидационо одсумпоравање значајно супериорније од оксидационог одсумпоравања без ултразвука.

Техничко решење овог проналаска је метода за ултразвучно-оксидативно одсумпоравање дизел горива које садржи сумпор, који обухвата следеће специфичне кораке:

А. Растварање иницијатора слободних радикала и алдехида у растварачу и увођење гасовитог оксиданса мехурићењем на температури између 15°Ц и 80°Ц да би се извела реакција;

Б. Мешање реакционог раствора добијеног у кораку А (који садржи алдехид, иницијатор слободних радикала и растварач) са дизел горивом које садржи сумпор у запреминском односу од 1:0,5 до 1:10, а затим увођење гасовитог оксиданса мехурићењем на температури између 15°Ц и 80°Ц да би се извела ултрасонична реакција механичке оксидације;

Ц. Остављање реакционе смеше да одстоји да би се одвојила уљна фаза и фаза растварача; и прање и сушење уљне фазе да би се добило десулфуризовано дизел гориво. Реакција у кораку (1) карактерише се тиме што је реакција слободних радикала, а механизам је следећи: (где Р, Р', Р' представљају алкил групе, а Р'ООР' представља органски пероксид)

У горњем кораку (1), покретач слободних радикала је органски пероксид, пожељно циклохексанон пероксид, дибензоил пероксид, изопропилбензен хидропероксид или алкил хидропероксид; пожељни алдехид је н-октанал, бензалдехид или изобутилалдехид; пожељни гасовити оксидант је О2 или ваздух; а пожељни растварач је ацетонитрил или Н,Н-диметилформамид. Када се органски пероксид користи као оксидант без учешћа алдехида, О2 или ваздуха у реакцији, а дизел се подвргне само ултразвучно-оксидативном третману одсумпоравања екстракције, резултати показују да органски пероксид нема значајног утицаја на оксидативно одсумпоравање дизела под овим оксидационим системом.

Запремински однос иницијатор слободних радикала: алдехид: растварач у кораку А је пожељно 1:3-8:30-40.

Исти гасовити оксидант се пожељно користи у корацима А и Б. Запремински однос укупне количине гасовитог оксиданса који се троши (под стандардним условима) према дизелу који садржи сумпор у корацима А и Б је 10-150:1. Када је гасовити оксидант О2, запремински однос укупне потрошене количине О2 (под стандардним условима) према дизелу који садржи сумпор је пожељније 10-30:1. Када је гасовити оксидант ваздух, запремински однос укупне количине потрошеног ваздуха (у стандардним условима) према дизелу који садржи сумпор је 50-150:1. Количина гасовитог оксиданса утрошеног у кораку А је пожељно 1/3 до 1/2 укупне количине гасовитог оксиданса утрошеног у корацима А и Б.

Време реакције у кораку А је пожељно 5-50 минута; време реакције у кораку Б је пожељно 1-45 минута; а време стајања мешаног раствора у кораку Ц је пожељно 5-30 минута. Кораци А и Б се изводе под нормалним притиском, обично 0,08 МПа до 0,2 МПа. Реакција оксидације описана у кораку Б је појачана ултразвуком и механичким мешањем; при чему је ултразвучно побољшање типа сонде; механичко мешање је лопатице; механичко мешање игра улогу у макро-мешању реакционог система, док ултразвук не само да појачава реакцију већ такође игра улогу у микро-мешању.

Пожељна фреквенција ултразвука је 20кХз до 40кХз, а време деловања ултразвука је 1мин до 45мин.

Процес испирања уљне фазе водом у кораку Ц се изводи на температури од 10°Ц до 90°Ц и притиску од 0,1 МПа до 0,3 МПа; испирање водом се изводи два пута коришћењем раствора НаХЦ03 или раствора На2ЦО3 и воде, пожељно дестиловане воде; процес сушења се суши са анхидрованим На2СО4 или анхидрованим ЦаЦл2.

Корисни ефекти:

(1) Овај проналазак обезбеђује јефтин оксидант који користи широко доступан О2 или ваздух; превазилази трошкове (висока цена, велика количина) и проблеме животне средине (потребан је накнадни третман) повезане са коришћењем Х2О2 као оксиданса. (2) Реакција оксидације и процес екстракције предвиђен овим проналаском се спроводе истовремено. Употреба ултразвучних таласа у процесу оксидације дизела значајно повећава интензитет оксидације и значајно побољшава стопу оксидационе конверзије органских сулфида у дизелу. Истовремено, због присуства екстрактора (ацетонитрил или ДМФ) у реакционој течности, оксидовани дизел је такође подвргнут ултразвучном третману екстракције, што у великој мери побољшава брзину одсумпоравања и смањује садржај сумпора у дизелу. Стопа одсумпоравања може достићи више од 96%, што је веома значајан ефекат. Горе наведени процес се може завршити за само неколико минута, што побољшава ефикасност производње и може се користити за индустријску производњу великих размера. (3) Овај проналазак уводи малу количину органског пероксида у систем реакције оксидације, што не само да скраћује време реакције оксидације и значајно побољшава брзину одсумпоравања, већ такође побољшава цетански број дизела и подстиче сагоревање. (4) Реакциони услови обезбеђени овим проналаском су благи и могу да раде на температури од 30°Ц до 60°Ц и при нормалном притиску. Није потребан извор водоника и опрема отпорна на притисак, улагања у опрему и оперативни трошкови су ниски, ток процеса је једноставан, а то је процесни пут који штеди енергију и ефикасан је процес одсумпоравања. (5) Сировине које се користе у овом проналаску су лако доступне, захтевају минималне количине и ниске су цене. Ефекат оксидативног одсумпоравања је значајан, а садржај сумпора у третираном дизелу задовољава национални стандард квалитета дизела класе В (<15 μг/г). Стога, ова технологија одсумпоравања оксидативном екстракцијом има обећавајуће изгледе за индустријску примену и може да генерише високе економске и друштвене користи.