بهترین و به صرفه ترین روش گوگردزدایی (سولفورزدایی) از گازوییل، مازوت و سوخت های دیگر، استفاده از فناوری التراسونیک است.

در مقالات قبلی در مورد التراسونیک هموژنایزر صحبت کردیم و نحوۀ کار آن را شرح دادیم. استفاده از التراسونیک هموژنایزر با افزایش سرعت و کیفیت گوگردزدایی، می تواند فرایند گوگردزدایی از گازوییل و دیگر سوخت ها را متحول نماید. در این نوشته قصد داریم با نحوۀ کار این فناوری و استفاده از آن در سولفورزدایی گازوییل، مازوت و دیگر سوخت ها آشنا شویم.

ترکیبات حاوی گوگرد در نفت خام، گازوییل، مازوت و سوخت‌های دیگر شامل سولفیدها، تیول‌ها، تیوفن‌ها، بنزوتیوفن‌ها (BTs) و دی‌بنزوتیوفن‌ها (DBTs)، بنزونافتوتیوفن (BNT) و مولکول‌های پیچیده‌تری مانند تیوفن‌های متراکم هستند که تیوفن‌های متراکم بیشترین شکل‌های این ترکیبات را تشکیل می‌دهند. التراسونیک هموژنایزر به فرآیند oxidative desulfurization(حذف گوگرد عمیق با اکسایش) کمک می‌کند که برای رعایت مقررات محیط‌زیستی دقیق امروز و مشخصات گازوییل با سطوح بسیار کم گوگرد (ULSD)، 10 PPM گوگرد لازم است.

استاندارد اروپا برای غلظت گوگرد گازوییل:

EURO 5  (از ژوئن 2011): محدودیت غلظت سولفور در گازویل به 50 پی.پی.ام (ppm) (معادل 0.005%) کاهش یافت.

EURO 6 از سپتامبر 2014):  محدودیت غلظت سولفور در گازویل به 10 ppm (معادل 0.001%) کاهش یافت.

روشهای گوگردزدایی از گازوییل و مازوت:

سولفور زدایی از سوخت‌های نفتی مانند گازویل می‌تواند با استفاده از چندین روش مختلف انجام شود. برخی از روش‌های متداول سولفور زدایی عبارتند از:

• هیدروژناسیون: در این فرآیند، گازویل با هیدروژن در حضور یک کاتالیزور تعامل می‌کند. این فرآیند باعث انجام واکنش هیدروژن با ترکیبات سولفوردار گازویل می‌شود و سولفید هیدروژن تولید می‌کند.
• استخراج مذاب  (Merox): این فرآیند از یک حلال آلی چون تتراهیدروفوران (THF) یا متیل‌ترت‌بوتیل‌اِتر (MTBE) استفاده می‌کند. این حلال با تشکیل مرکاپتان، سولفید هیدروژن را از گازویل جدا می‌کند.
• اکسیداسیون کاتالیتیک: این روش شامل انجام واکنش اکسیداسیون با هوا یا اکسیژن با استفاده از یک کاتالیزور می‌شود. این فرآیند می‌تواند سولفید هیدروژن را به صورت گازی از گازویل جدا کند.
• استفاده از گونه‌های بافر: این روش شامل استفاده از موادی مانند اکسید آهن، اکسید روی، یا اکسید کبالت به عنوان گونه‌های بافر برای جذب سولفید هیدروژن است.
• استفاده از تبدیل هیدروژنی: در این فرآیند، گازویل به همراه هیدروژن در حضور کاتالیزورهای خاص تعامل می‌کند و تبدیل به مواد دیگر می‌شود. این فرآیند می‌تواند باعث حذف سولفور از مولکول‌های گازویل شود.

ترکیبی از این روش‌ها ممکن است در پروسه‌های پالایش نفت برای سولفور زدایی از گازوئیل استفاده شود، و هرکدام از این روش‌ها مزایا و محدودیت‌های خود را دارند که بسته به شرایط خاص و نیازهای پروسه مورد استفاده قرار می‌گیرند

دی‌سولفوریزیشن اکسیداتیو با پراکسید هیدروژن(H2O2)  و استخراج حلال در مرحله بعدی، یک تکنولوژی دو مرحله‌ای از حذف عمیق گوگرد در سوخت‌های نفتی است تا مقدار ترکیبات آلی گوگرد در سوخت‌ها به حداقل برسد. راکتورهای التراسونیک در هر دو مرحله به کار می‌روند تا سرعت واکنش انتقال فاز و نرخ حل شدن در سیستم‌های فاز مایع-مایع را بهبود بخشند. در مرحله اول از دی‌سولفوریزیشن اکسیداتیو با کمک التراسونیک، پراکسید هیدروژن به عنوان یک اکسیدان مورد استفاده قرار می‌گیرد تا به‌طور انتخابی مولکول‌های حاوی گوگرد موجود در سوخت‌های روغنی را در شرایط ملایم (دما و فشار کم) به سولفوکسیدها یا سولفون‌های متناظر خود اکسید کند. این عمل باعث افزایش حلالیت آنها در حلال‌های قطبی شده با افزایش قطبیت آنها می‌شود.

امولسیون سازی با التراسونیک:

فاز روغن و فاز آبی با یکدیگر مخلوط و به وسیله یک مخلوط‌کن استاتیک به میکسر ساکن (Static Mixer) پمپ شده و یک امولسیون پایه با نسبت حجمی ثابت تولید می‌شود که سپس به راکتور هموژنایزر التراسونیک فرستاده می‌شود. در اینجا، کاویتاسیون التراسونیک باعث تولید نیروی برشی هیدرولیک با فشار بسیار بالا می‌شود و فاز آبی را به قطره‌های زیرمیکرون و نانوسایز تقسیم می‌کند. چون مساحت سطح ویژه مرز فاز بر روی نرخ واکنش شیمیایی تأثیرگذار است، کاهش چشمگیر اندازه قطرات منجر به بهبود کینتیک واکنش می‌شود و نیاز به عوامل انتقال فاز را کاهش می دهد، و یا حتی حذف می‌کند. با استفاده از التراسونیک، درصد حجمی پراکسید را می‌توان کاهش داد، زیرا امولسیون‌های با قطره‌های با قطر کمتر به حجم کمتری برای ارائه سطح تماس یکسان با فاز روغن نیاز دارند.

اکسیداسیون به کمک التراسونیک:

کاویتاسیون التراسونیک به صورت نقطه ای و محلی، دمای شدید (حدود 5000 کلوین)، فشارهای بالا (~1000اتمسفر)، نرخ حرارتی و سرد شدن بسیار بالا (بیش از 10⁹کلوین بر ثانیه)، و جریان‌های سیال مایع (~1000 کیلومتر در ساعت) ایجاد می‌کند. این محیط بسیار واکنش‌پذیر باعث اکسیداسیون سریع‌تر و کامل‌تر تیوفن‌ها در فاز روغن می‌شود که باعث ایجاد سولفوکسیدهای قطبی و سولفون‌ها می گردد. کاتالیست می‌تواند به‌صورت مضاعف فرآیند اکسیداسیون را در صورت لزوم تسریع نماید. کاتالیست‌های امولسیونی یا کاتالیست‌های انتقال فاز (PTC) مانند نمک‌های کاتیونی چهارآمونیوم با توانایی منحصر به فرد حل شدن در هر دو مایع آبی و آلی نشان داده‌اند که با اکسیدان مخلوط شده و آن را از فاز مرزی به فاز واکنش منتقل کرده و در نتیجه نرخ واکنش را افزایش می‌دهند. مواد Fenton می‌توانند برای افزایش کارایی دی‌سولفوریزیشن اکسیداتیو برای سوخت‌های دیزل اضافه شوند و اثر سینرژی خوبی با پردازش سونو-اکسیداسیون نشان می‌دهد.

سولفورزدایی در آزمایشگاه:

 آواپرداز التراسونیک، تجهیزاتی ارائه می‌دهد تا بتوان این تکنولوژی را در هر مقیاسی آزمایش، تأیید و استفاده کرد. در اصل این فرآیند در 4 مرحله انجام می‌شود:

1. مخلوط کردن روغن با H2O2 و سونیکاسیون برای اکسید شدن ترکیبات گوگرد
2. سانتریفیوژ جهت جداسازی فاز آبی
3. مخلوط کردن فاز روغن با حلال و سونیکاسیون برای استخراج سولفون‌ها
4. سانتریفیوژ جهت جداسازی فاز حلال با سولفون‌ها

در مقیاس آزمایشگاهی، می‌توان از دستگاه 400LUP استفاده کرد تا مفهوم را نشان داده و پارامترهای اساسی مانند غلظت پراکسید، دمای فرآیند، زمان و شدت سونیکاسیون و همچنین مصرف کاتالیست یا حلال را تنظیم کرد. استفاده از التراسونیک این مزیت را دارد که به صورت خطی تکرارپذیر است. با افزایش توان و تعداد دستگاهها، می توان مقیاس را افزایش داد و نتایج مشابهی را در فاز صنعتی نسبت به فاز آزمایشگاهی تجربه کرد.

مزیت‌های سولفورزدایی با التراسونیک:

هرچند HDS یک فرآیند بسیار کارآمد برای حذف تیول‌ها، سولفیدها و دی‌سولفیدها است، اما حذف ترکیبات گوگرد مقاوم مانند دی‌بنزوتیوفن و ترکیبات مشتق‌شده از آن (مانند 4,6-دی‌متیل‌دی‌بنزوتیوفن 4,6-DMDBT) به سطح فوق‌العاده پایین، با این روش بسیار مشکل است. دماهای بالا، فشارهای بالا و مصرف بالای هیدروژن هزینه‌های سرمایه‌ای و عملیاتی سولفورزدایی هیدروژنی را برای گوگردزدایی فوق ‌عمیق افزایش می‌دهند. سطوح باقی‌مانده کمی از گوگرد، می‌تواند کاتالیست‌های فلزات نجیب مورد استفاده در فرآیند بازسازی و تحول یا کاتالیست‌های الکترودی مورد استفاده در استوک‌های سلول‌های سوخت را سمی کند.

فرآیند اکسیداسیون گوگرد با کمک اولتراسونیک (UAODS) مزایای قابل توجهی نسبت به فرآیند HDS دارد. تیوفن‌ها، بنزو- و دی‌بنزوتیوفن‌ها تحت شرایط دما و فشار پایین اکسیده می‌شوند. بنابراین، نیاز به هیدروژن گران‌قیمت نیست، که این فرآیند را برای پالایشگاه‌های کوچک و متوسط یا پالایشگاه‌هایی که در نزدیکی خط لوله هیدروژن واقع نشده‌اند، مناسب‌تر می‌سازد. همچنین 4-6 دی متیل دی بنزوتیوفن ها (4,6-DMDBT) نیز در روش سنتی به سختی قابل جداسازی هستند و یک فرایند پیچیده از HDS مورد نیاز است. با استفاده از اولتراسونیک، نرخ واکنش افزایش یافته و دما و فشار ملایم واکنش از استفاده حلال‌های بی‌آبی یا آپروتیک گران‌قیمت جلوگیری می‌کند. یک واحد UAODS را می توان با یک واحد سولفورزدایی هیدروژنی سنتی یکپارچه کرد که به بهبود کارایی در تولید سوخت‌های دیزل با سطح گوگرد پایین یا فوق‌العاده پایین کمک می‌کند. این تکنولوژی می‌تواند قبل یا بعد از سولفورزدایی هیدروژنی سنتی برای کاهش سطح گوگرد استفاده شود. فرآیند UAODS می‌تواند هزینه‌های سرمایه‌ای را در مقایسه با هزینه یک HDS فشار بالای  جدید کمتر از نصف کند.

با ما مشورت کنید!

تیم آواپرداز، برترین تولیدکنندۀ دستگاههای التراسونیک از مقیاس آزمایشگاهی تا صنعتی در ایران است. ما با تجربۀ بیش از 10 سال در طراحی و تولید دستگاههای التراسونیک، می توانیم به شما کمک کنیم که نیازهای خود را به صورت کامل شناسایی کنید و متناسب با نیاز شما، دستگاه مناسب را به شما پیشنهاد می دهیم. برای مشاوره با کارشناسان ما، همین الان با ما تماس بگیرید!