16139

16139

مطالعه تجربي گوگردزدايي اكسايشي سوخت مدل به كمك امواج مافوق صوت

كارشناسي ارشد

طراحي و شبيه سازي و كنترل فرآيندها

فروردين ماه 1395

فروردين ماه 1395

دكتر محمد امين ثباتي

شيمي

چكيده به دليل آلودگي¬هاي ناشي از گوگرد و تركيبات گوگردي، قوانين سخت گيرانه¬اي در ميزان گوگرد سوخت¬ها تصويب شده است. توسعه يك روش موثر براي گوگردزدايي از سوخت¬ها به منظور توليد سوخت با ميزان پايين گوگرد يك موضوع بسيار مهم براي صنعت پالايش نفت مي-باشد. يكي از روش¬هايي كه بسيار مورد توجه قرار گرفته گوگردزدايي اكسيداسيوني مي¬باشد كه در آن تركيبات گوگردي ابتدا به وسيله تركيبات اكسنده اكسيد مي¬شوند و سپس تركيبات اكسيد شده به وسيله روش¬هاي رايج جداسازي از قبيل جذب و استخراج جداسازي مي¬شوند. يكي از سيستم¬هاي اكسيداسيون مناسب، سيستم هيدروژن پراكسيد و فرميك اسيد مي¬باشد. دما و فشار عملياتي پايين، ارزان بودن اكسنده و كاتاليست از جمله مزاياي فرآيند گوگردزدايي اكسيداسيوني مي¬باشد. استفاده از امواج مافوق صوت موجب افزايش بازده فرآيند گوگردزدايي اكسيداسيوني مي¬شود. موج ايجاد شده به وسيله امواج مافوق صوت، موجب آشفتگي و افزايش سطح تماس و انتقال جرم بين دو فاز مي¬شود. در اين مطالعه، فرآيند گوگردزدايي اكسيداسيوني سوخت مدل به كمك امواج مافوق صوت مورد بررسي قرار گرفته است. سوخت مدل بنزوتيوفن حل شده در تولوئن مي¬باشد و مخلوط اكسيد كننده شامل هيدروژن پراكسيد و فرميك اسيد مي¬باشد. شرايط بهينه سه پارامتر دماي واكنش (˚C 70-40)، نسبت مولي اكسنده به گوگرد (50-10) و نسبت مولي اسيد به گوگرد (400-150) به وسيله روش سطح پاسخ (RSM) مورد بررسي قرار گرفت. آناليز غلظت BT به وسيله كروماتوگرافي گازي انجام شد. آزمايشات در فركانس ثابت kHz 20، زمان مافوق صوت min 20 و توان W 250 انجام شدند. در شرايط بهينه دماي ˚C 52، نسبت مولي اكسنده به گوگرد 82/10 و نسبت مولي اسيد به گوگرد 75/379، ميزان 13/95 درصد اكسيداسيون بنزوتيوفن بدست آمد. در شرايط بهينه بدست آمده، اثر توان مافوق صوت در محدوده 70 تا 350 وات و زمان مافوق صوت در محدوده 1 تا 20 دقيقه مورد بررسي قرار گرفت و در توان W 70 و زمان 15 دقيقه 063/98 درصد بازده اكسيداسيون بدست آمد. سينتيك مرتبه اول واكنش اكسيداسيون نيز نشان داد كه ثابت ظاهري سرعت واكنش براي بنزوتيوفن در دماي ˚C 52 و نسبت مولي اسيد به گوگرد 75/379، min-1 2438/0 مي¬باشد. واژه‌هاي كليدي: گوگردزدايي هيدروژناسيوني، گوگردزدايي اكسيداسيوني، امواج مافوق صوت، بنزوتيوفن، كروماتوگرافي گازي، سينتيك مرتبه اول

1395/09/28

Abstract: Duo to pollution from sulfur an​d sulfur compounds, strict regulation have been imposed in sulfur content of transport fuels. The development of an effective method for desulfurization of transport fuels to produce ultr low sulfur fuel is very important issue for the petroleum refining industry. Hydrodesulfurization (HDS) is conventional desulfurization process in which operation at high temperature an​d pressure is required. High cost of hydrogen an​d high operating conditions of temperature an​d pressure an​d Safety issues, Makes the process is costly an​d difficult. To meet new standards, several alternative desulfurization have been proposed, including adsorptive desulfurization, biological desulfurization an​d oxidative desulfurization an​d so on. Oxidative desulfurization is a promising alternative in which sulfur containing compounds are oxidized by oxidizing compounds at first an​d separated by conventional separation process such as adsorption an​d extraction. One the best oxidation system is hydrogen peroxide an​d formic acid. Mild operation condition, inexpensive oxidant an​d catalyst the advantage of oxidative desulfurization process. The ultrasound irradiation incease the efficiency of oxidative desulfurization process. The shock wave generated by ultrasound waves, causing turbulency an​d increase surface area an​d mass transfer between two phases. In the present study, oxidative desulfurization of model fuel under ultrasound was studied. Benzothiophene was dissolved in toluene as model fuel an​d oxidation system containing hydrogen peroxide an​d formic acid was used. The optimum condition of three parameters including reaction temperature (40-70 ˚C), oxidant to sulfur molar ratio (10-50) an​d acid to sulfur molar ratio (150-400) using the response surface methodology was examined. Analysis of BT concentration was carried out using gas chromatography. Experiments were carried in Frequency of 20 kHz, sonication time of 20 min an​d power of 250 W. In optimum condition, temperature of 52 ˚C, oxidant to sulfur molar ratio of 10.82 an​d acid to sulfur molar ratio of 379.75, oxidation of benzothiophene was 95.13%. In the obtained optimum condition, effect of power of sound an​d sonication time were examined in range of 70-350 W an​d of 1-20 min respectively, an​d in power of 70 W an​d time of 15 min, percent of removal was 98.063%. First-order kinetics of oxidation was observed an​d the apparent reaction rate constant for benzothiophene at temperature of 52 ˚C an​d acid to sulfur molar ratio of 379.75 was showed to be 0.2438 min-1. Keywords: hydrogenation desulfurization, Oxidation desulfurization, ultrasound waves, Benzothiophene, Gas chromatography, First-order kinetic