22356

بررسي گوگردزدايي از برش هاي نفتي با استفاده از فناوري كاويتاسيون هيدروديناميك

دكتري

مهندسي شيمي

1398/12/17

دكتر محمد تقي صادقي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

ارتقاء كيفيت فرآورده¬هاي هيدروكربوري يكي از مهم‌ترين چالش¬هاي صنايع پالايشي مي¬باشد. ضرورت اين مهم با توجه به روند تقاضاي بازار و محدوديت¬هاي زيست محيطي ايجاب كننده دستيابي به فناوري¬هاي به-روز و كارآمد در حوزه ارتقاء كيفيت فرآورده¬هاي حاصل از پالايش نفت خام مي¬باشد. در رساله حاضر، كارايي فناوري كاويتاسيون هيدروديناميك در گوگردزدايي از برش¬هاي منتخب نفتي بررسي شده است. در همين راستا طراحي و ساخت سامانه آزمايشگاهي صورت گرفته است. آزمون¬هاي عملياتي و پديده شناختي از طريق مشاهده بصري و نيز تحليل سيگنا¬ل¬هاي صوتي، وقوع كاويتاسيون در محيط¬هاي مختلف را تصديق كرده¬اند. براي اين منظور، ضمن ترسيم سيگنال¬هاي صوتي ناشي از فروپاشي حباب¬هاي كاويتاسيوني، بهره¬گيري از تبديل فوريه، رسم نمودار طيفي و آناليز مقدار مؤثر، صورت گرفته است. مشاهدات حاكي از تغييرات فركانس غالب با شدت كلي كاويتاسيون و امكان شناسايي محدوده بهينه عملياتي با استفاده از آن مي¬باشد. با هدف سنجش عملكرد شيميايي، كارايي كاويتاسيون هيدروديناميك در تصفيه پساب مدل حاوي رنگ¬هاي آلي بررسي شده است. بر اساس نتايج به دست آمده، ميزان 90% رنگ¬بري برليانت بلو (CBB) در شرايط بهينه برابر bar 7، mg L-1 700 و mg L-1550 به ترتيب براي فشار ورودي راكتور، غلظت هيدروژن پراكسايد (H2O2) و غلظت پتاسيم پرسولفات (K2S2O8) حاصل شده است. در اثر استفاده از اين فرآيند تركيبي، ضريب هم¬افزايي معادل 1/3 به دست آمد. در نهايت، فرآيند تركيبي مبتني بر كاويتاسيون هيدروديناميك (HCAOD) اثر قابل توجهي در تقويت گوگردزدايي اكسيداسيوني از ديزل با بهره¬گيري از هيدروژن پراكسايد (H2O2) در نقش عامل اكسيدكننده و فرميك اسيد (HCOOH) به‌عنوان كاتاليست از خود نشان داده است. طراحي آزمايش¬ها به روش باكس-بنكن (BBD) به‌عنوان يكي از روش¬هاي رويه سطح پاسخ(RSM) انجام گرديد. آناليز نمونه¬ها با اندازه¬گيري ميزان كل تركيبات گوگردي بر اساس استاندارد ASTM D4294 صورت گرفته است. نتايج حاكي از آن است كه دستيابي به ميزان گوگردزدايي 91% در دماي ثابت C°50، با مقادير بهينه براي فشار ورودي راكتور، نسبت اسيد به اكسيدكننده و مدت زمان واكنش اكسيداسيون به ترتيب برابر bar 2/4، 2/3 و min29 امكان¬پذير مي¬باشد. همچنين بررسي¬هاي تجربي بر گوگردزدايي از سوخت ديزل با استفاده از سامانه آب-سوخت در نسبت فاز آلي به آبي برابر 25/0، فشار ورودي به راكتور bar4 منجر به دستيابي به ميزان تبديل 68% با بهره¬گيري از راكتور مجهز به اريفيس داراي 33 روزنه با نسبت محيط به مساحت جريان (α)، برابر 8/5 شده است.

1399/06/05

Investigation on Desulfurization of Liquid Fuels via Hydrodynamic Cavitation

3/7/2021 12:00:00 AM

Upgrading of hydrocarbon products presents the most important challenges for the refining industry. Considering the constraints on available resources, market demand and environmental restrictions, this necessity requires sustainable technologies. In the present research, design and fabrication of an experimental setup was conducted to evaluate the efficacy of hydrodynamic cavitation process for desulfurization of liquid fuels. Hydrodynamic cavitation signal processing was presented for characterization of the phenomena. The signals amplitude plots as well as spectrogram graph and Fast Fourier Transform (FFT) were used for the characterization purposes at various conditions. Dominant frequency analysis and Mean square of the signals could be regarded as a quantitative index for cavitation overall intensity. To evaluate the performance of hydrodynamic cavitation in advanced oxidation processes, Emerging combination of that with a dual oxidant chemical system (HC-KPS-H2O2), was used for decolorization of Coomassie Brilliant Blue (CBB) in wastewater. Investigations were conducted via experimental design using Box-Behnken Design (BBD). A remarkable 92% decolorization in 60 min was attained at HC inlet pressure, H2O2 concentration and KPS concentration equal to 7.1 bar, 676.1 mg L-1 and 541.1 mg L-1, respectively. Synergistic coefficient of 3.04 was obtained using the combined process. The Hydrodynamic Cavitation Assisted Oxidative Desulfurization (HCAOD) process was applied for treatment of diesel fuel feedstock using hydrogen peroxide and formic acid as the oxidant and catalyst, respectively. Investigation on the effect of main process variables including pressure drop (3-6 bar), time of treatment (10-30 min) and formic acid to oxidant molar ratio (nA/nO) (1–5), was performed through Box-Behnken design. A remarkable 91% extent of desulfurization at optimum condition with HC pressure drop of 4.2 bar, acid to oxidant ratio (nA/nO) of 3.2 in 29 min was achieved. The results were also compared to an oxidation system without the aid of hydrodynamic cavitation. Eventually, Experimental studies on diesel sulfur desulfurization using water-diesel system at organic to water phase ratio of 0.25, inlet pressure of 4bar reactor resulted in 68% desulfurization using the reactor equipped with a multi-hole orifice.

كاويتاسيون هيدروديناميك , گوگردزدايي اكسيداسيوني