17550

17550

حذف تركيبات گوگردي هيدرو كربور هاي مايع به كمك مايعات يوني

دكتري

مهندسي شيمي

خرداد ماه 1396

دكتر محمدرضا دهقاني

دكتر بابك مختاراني

شيمي

چكيده عمده مشكل در فرايندهاي گوگردزدايي عميق، وجود تركيبات حلقوي تيوفني در سيوخت اسيت. تركيبيات تيوفني غالباً در فرايند سولوورزدايي هيدروژني شركت نمينمايند و يا در شرايط عملياتي بسيار سخت حذف ميشوند. روشهاي مختلوي براي استخراج و حذف آنها توسعه يافته اند. يكي از اين روشها، استواده از مايعات يوني است. خواص منحصر بورد مايعات يوني در مقايسه با ساير ح لها به سبب تركيب آنيونها و كاتيونهياي خاص ايجاد ميشود و امكان استواده از آنها بجاي ح هاي معمو را فراهم ميكنيد. بيا طرحيي جيام و انتخاب مناسب اجزاي فرايند، جداسازي مشيتقات تييوفني قتييوفن، بنزوتييوفن و دي بنزوتييوفن( از ميد سوختي بمانند نرما هگزان، نرما اكتان، نرما دكان، مد سوختي نوتا و سوخت نوت سويد با استواده از مايعات يوني بر پايه ايميدازوليوم و پيريدينيوم و آنيونهاي سازگار با محيط زيسيت بماننيد نيتيرات ]3[NO و تيوسيانات [SCN] مورد مطالعه قرارگرفت. بر اين اساس و به عنوان اولين گام، دادههاي تعادلي مياي مياي - براي سيستمهاي سه جزئي قعامل گوگردي + مد سوختي + ماي يوني( بصورت آزمايشگاهي بدست آميد.فاكتورهاي انتخابپذيري و ضريب توزي پذيري با استواده از نتايج آزمايشگاهي محاسبه شده و نتايج بدست آمده با نتايج ساير مايعات يوني مقايسه شدند. تحقيقات نشان داد صيرف نرير از نيوع كياتيون و آنييون، بيا كوچك شدن جرم مولكولي كاتيون مايعات يوني، انتخابپذيري افزايش و ضريب توزي پذيري كياهش پييداميكند. از آنجاييكه مايعات يوني از قابليت بازيافت متعدد برخوردار هستند ليذا از منرير كياربردي، پيارامتر انتخابپذيري از درجه اهميت بيشتري برخوردار است و مايعات يوني با كاتيونهايي با طيو زنجيير آلكيليي كوتاهتر، ارجحتر هستند. ع وه بر اين هرچه طو زنجير الكيلي مد سوختي بيشتر باشيد، انتخيابپيذيري افزونتر و ميزان ح ليت مد سوختي در مايعات يوني كمتر ميگردد و شرايط براي ييك فراينيد اقتصيادي فراهمتر ميشود. نتايج نشان ميدهد كه دما تاثير چنداني برروي فرايند سولوورزدايي نداشته و دماي بهينيه براي انجام فرايند سولوورزدايي دماي محيط مي باشد كه از نرر صرفه جويي در مصرف انرژي نييز مناسيب است. تمامي دادههاي تعادلي بدست آمده با مد ترموديناميكي NRTL مورد برازش قرار گرفتنيد. بهتيرين نتيجه براي ماي يوني [BMIM][SCN] و مد سوختي نرما دكان بدست آمد. با تعيين ماي يوني برتير و مد سوختي مناسب، با روش كام مجزا و با آزمايشات جام فرايندي، ترتيب قدرت حذف تركيبات تيوفني در مد سوختي و سوخت واقعي بصورت، تيوفن> بنزوتيوفن> دي بنزوتيوفن بدست آميد. در سيولوورزدايي استخراجي با ماي يوني برتر، تغيير تركيب درصد اجزاي غيرگوگردي در مد سوختي نوتا بسيار ناچيز بود و از انتخاب پذيري مطلوب اين ماي يوني حكايت دارد. آزمايشات براي سوخت واقعي نوت سويد نيز تكرار شد و نتايج مشابه از لحاظ ترتيب جدايش تركيبات گوگردي و انتخاب پذيري بالاي ماي يوني در عدم ح لييت تركيبات غير گوگردي در فاز غني از ماي يوني، بدست آمد. با نسبت وزني بهينه سوخت به ماي يوني 1:1 و با سه مرحله جداسازي، حذف 88 % از سختترين تركيب سولووري تيوفني بدست آمد. فرايند سيولوورزدايي استخراجي اكسايشي با ماي يوني برتر مورد ارزيابي قرارگرفت و نشان از نامناسب بودن ايين مياي ييوني – براي فرايند مذكور است. واژههاي كليدي: مايعات يوني، سولوورزدايي استخراجي، سوخت، مشتقات تيوفني و مد ترموديناميكي.

1396/04/14

3/20/2025 12:00:00 AM

Abstract: The major impurities in deep desulfurization processes are thiophene and thiophene derivative compounds. Thiophene compounds often would not be removable by hydrogen desulfurization process or operating conditions are very hard for their removal. Various new methods have been developed to extract and remove them. One of these methods is the use of ionic liquids. The unique properties of ionic liquids compared to other salts is created by the combination of certain anions and cations and provides the possibility for their use instead of the usual solvents. In current work, the separation of thiophene derivatives (thiophene, benzothiophene and dibenzothiophene) from fuel (n-hexane, n-octane, n-decane, naphtha model and kerosene) by using ionic liquids based on imidazolium and pyridinium and environmentally friendly anions including nitrate [NO3] and thiocyanate [SCN] has been studied. The experimental data of Liquid-liquid equilibrium for twenty-one of ternary system (ILs + model fuel +S component) have been obtained. These new data have been reported for the first time. Selectivity and distribution coefficients were calculated using the experimental results and the results have been compared with other works. Research shows that regardless of the type of cations and anions, decreasing the alkane chain length on IL cation, increases selectivity and decreases distribution coefficients. Since ionic liquids have the capability of being recovered through too many recovery processes the selectivity compared to distribution coefficient is more important and ionic liquids with shorter alkyl chain length are preferable. In addition, these results show that as the length of the alkane chain increases, the solubility value decreases while the selectivity increases and the process will be more economical. The results showed that temperature has a little effect on desulfurization process and ambient temperature is the optimum condition for desulfurization process in terms of savings the energy consumption. Then, the experimental data have been correlated using NRTL model and had reasonable accuracies for all of the systems. The best results have been obtained for [BMIM][SCN] and the n-decane for the ionic liquid and fuel, respectively. After determination of superior ionic liquid and with using the process method, the removal amounts of thiophene compounds in the fuel model were obtained as following order: thiophene < benzothiophene < dibenzothiophene. In extractive desulfurization with the superior ionic liquid, changing the composition of non-sulfur components in the model fuel was minimum and the desired selectivity has been shown. Tests for real fuel kerosene have been repeated and showed similar results. The optimum weight ratio of ionic liquid to fuel has been determined as 1:1 and with three stage separation process, 90% of the most difficult to extract sulfur compound; (thiophene) has been removed. Extractive - oxidative desulfurization process was eva​luated with the superior ionic liquid and an inappropriateness to this process has been indicated. Keywords: ionic liquids, extractive desulfurization, fuel, thiophene derivatives and thermodynamic models.