17211

17211

گوگردزدايي از سيال‌هاي هيدروكربني با روش اكسيداسيون به كمك امواج مافوق صوت

دكتري

طراحي و شبيه سازي و كنترل فرآيندها

اسفند ماه 1395

دكتر شاهرخ شاه حسيني - دكتر محمد امين ثباتي

مهندسي شيمي

به دليل قوانين سخت¬گيرانه در خصوص ميزان گوگرد موجود در سوخت¬هاي هيدروكربني در جهان و ايران، ضرورت توسعه شيوه¬هاي گوگردزدايي نوين مطرح مي¬گردد. يكي از روش‌هاي غيرمتداول گوگردزدايي از سوخت كه از بازده مناسبي بهره¬مند است، گوگردزدايي اكسيداسيوني به كمك امواج ما¬فوق صوت مي¬باشد. از محدوديت¬هاي اصلي فرايند گوگردزدايي اكسيداسيوني مدت‌زمان طولاني واكنش است. بعد از انتخاب سيستم اكسيداسيوني آب اكسيژنه – اسيد فرميك از ميان سيستم¬هاي مختلف، پارامترهاي مؤثري چون نسبت مولي اكسيدكننده به گوگرد، نسبت مولي اسيد به گوگرد، توان مافوق صوت نسبت به حجم سوخت واكنشي و دما به روش آماري سطح پاسخ (RSM) و پارامتر زمان با آزمون¬هاي تك عاملي مورد ارزيابي قرار گرفت. بر پايه اين نتايج، بهترين شرايط گوگردزدايي اكسيداسيوني سوخت شبيه سازي شده (محلول ppmw500 دي بنزوتيوفن (DBT) در تولوئن) به كمك امواج مافوق صوت در نسبت مولي اكسيدكننده به گوگرد 7/26، نسبت مولي اسيد به گوگرد 6/74، توان مافوق صوت نسبت به حجم سوخت واكنشي W/mL 7 و دمايºC50 طي 5/10دقيقه تحت تابش امواج مافوق صوت به دست آمد كه اعمال اين شرايط منجر به بيش از %97 اكسيداسيون گوگردي شد. دست¬يابي به ميزان تبديل بيش از %95 در واكنش اكسيداسيون دي¬بنزوتيوفن در سوخت شبيه سازي شده در زمان 80 ثانيه تحت تابش امواج مافوق صوت و در شرايط بهينه به‌عنوان يكي از نوآوري¬ها تحقيق جاري ياد مي¬شود. با استفاده از نتايج بررسي¬هاي سوخت شبيه سازي شده، گوگردزدايي اكسايشي به كمك امواج مافوق صوت سوخت واقعي نفت سفيد با ميزان ppmw 2490 گوگرد، با به‌كارگيري روش آماري سطح پاسخ (RSM) موردمطالعه قرارگرفت. % 46/95 گوگردزدايي اكسيداسيوني از نفت سفيد در نسبت مولي اكسيدكننده به گوگرد 02/15، نسبت مولي اسيد به گوگرد 8/107، توان مافوق صوت نسبت به حجم سوخت واكنشي W/mL 6/7 در دماي ثابتºC50 و طي 5/10 دقيقه تحت تابش امواج مافوق صوت و بعد از يك مرحله استخراج با استونيتريل به دست آمد. پارامترهاي دما، زمان و تعداد مراحل استخراج جهت اكسيداسيون تركيبات گوگردي نفت سفيد با آزمون¬هاي تك عاملي مورد ارزيابي قرار گرفتند. همچنين مطالعه جديدي جهت كاهش هدر رفت هيدروكربني در حين انجام مراحل استخراج صورت پذيرفت. سپس بر اساس اطلاعات حاصله از بخش مطالعه سوخت واقعي، تحقيق نويني درخصوص تاثير فشار بر سيستم راكتورهاي صوتي شاخك¬دار انجام گرفت كه نشان داد افزايش فشار در سيستم شاخك مستقيم اندكي تأثير مثبت دارد. محدوده مناسب پارامترها در بخش مطالعات بررسي فشار سوخت واقعي عبارت است از فشار barg 03/0 ، توان W390 و زمان 22 دقيقه كه بعد از يك مرحله استخراج با استونيتريل به راندمان گوگردزدايي بيش از %96 رسيد.

1396/02/04

4/3/2020 12:00:00 AM

Due to the requirement of the stringent rules for ultra-low sulfur content of hydrocarbon fuels in the world an​d Iran, it is necessary to develop alternative methods for desulfurization of fossil fuel. The ultrasound-assisted oxidative desulfurization (UAOD) process has great potential as an unconventional method for this target. The main concern to develop the oxidation desulfurization systems is their long reaction time. In this research, among different oxidation schemes hydrogen peroxide-formic acid has been selected. Response Surface Methodology has been applied to find the optimum conditions of UAOD process an​d also to study the influences of the operating parameters like oxidant to sulfur molar ratio (no/ns), acid to sulfur molar ratio (nacid/ns), power per fuel oil volume, temperature an​d reaction time. An experimental investigation was conducted on the ultrasound-assisted oxidative desulfurization (UAOD) of a sulfur containing compound (i.e., dibenzothiophene 500 ppmw) in toluene as a model light fuel oil. More than 97% sulfur conversion was achieved under the optimum conditions (i.e., oxidant to sulfur molar ratio of 26.7, acid to sulfur molar ratio of 74.6, ultrasound power per fuel oil volume of 7 W/mL, an​d temperature of 50 °C). One of the novel achievements through the current work results was 95% sulfur conversion, which has been achieved in only 80 seconds sonication under the optimum reaction conditions. Consequently, based on these results an​d using RSM, an experimental investigation was conducted on the ultrasound assisted oxidative desulfurization (UAOD) of non-hydrotreated kerosene with total sulfur content of 2490 ppmw. The influences of various operating parameters have been investigated. 95.46% sulfur removal of kerosene has been achieved in the sonication time of 10.5 min under the optimum oxidation conditions (i.e., no/nS =15.02, nacid/ns= 107.8, an​d the ultrasound power per fuel oil volume of 7.6 W/mL) followed by a liquid-liquid extraction stage. The effect of number of extraction stages an​d temperature on the desulfurization has also been investigated. Meanwhile, a new method for reduction of hydrocarbon loss through kerosene recovery stage has been proposed. Afterward, in a novel study, the effects of static pressure in the direct probe UAOD system was investigated for the kerosene, which shows a slight improvement in oxidative desulfurization. 96% sulfur removal of kerosene has been achieved in the optimum conditions (i.e., pressure of 0.03 barg, ultrasound power of 390 W, an​d sonication time of 22 min).