بررسی اثر کشش‌سطحی بین دو فاز در فرآیند گوگردزدایی اکسایشی به‌کمک امواج مافوق صوت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

چکیده

گوگردزدایی اکسایشی به کمک امواج مافوق صوت یکی از روش‌های جدید است که در سال‌های اخیر به منظور حذف ترکیبات گوگردی از برش‌های مختلف نفتی مورد توجه قرار گرفته است. در این فرآیند، ترکیبات گوگردی ابتدا در یک سیستم اکسیداسیون مناسب در حضور امواج مافوق صوت اکسید می‌شوند. در مرحله بعد ترکیبات گوگردی اکسید شده به کمک یک حلال مناسب استخراج می‌گردند. در این مطالعه، برای اولین بار اثر کشش‌سطحی بین دو فاز آبی و آلی در روش گوگردزدایی اکسایشی از سوخت دیزل به کمک امواج مافوق صوت در سیستم اکسیداسیون فرمیک اسید- آب اکسیژنه مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا از سه نوع عامل کاهش‌دهنده کشش بین‌سطحی آنیونی، کاتیونی و غیریونی بهره گرفته شد. نتایج نشان داد که به هنگام استفاده از سورفکتانت‌های سدیم‌دو‌دسیل‌سولفات به‌عنوان ماده فعال‌سطحی آنیونی و ستیل‌تری‌متیل‌آمونیوم‌برومید به‌عنوان ماده فعال‌سطحی کاتیونی میزان بازدهی گوگردزدایی بعد از اکسایش و استخراج با حلال به‌ترتیب برابر 65/82 و 1/83% می‌باشد. این درحالی است که در غیاب سورفکتانت میزان بازدهی گوگردزدایی برابر 61/81% بعد از اکسایش و استخراج در شرایط مشابه خواهد بود. همچنین حضور سورفکتانت Span-60 میزان بازدهی گوگردزدایی را بعد از مرحله استخراج به 65/78% کاهش داد در حالی که میزان حذف ترکیبات گوگردی صرفا در مرحله اکسایش در حضور سورفکتانت Span-60 در مقایسه با عدم حضور آن، حدود 3% افزایش یافت. افزودن مواد فعال‌سطحی می‌تواند از طریق کاهش کشش سطحی دو فاز آبی و هیدروکربنی موجب بهبود عملکرد مرحله اکسایش و از طرفی باعث ایجاد اختلال در عملکرد استخراج در فرآیند گوگردزدایی اکسایشی به کمک امواج مافوق صوت ‌گردد.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An Investigation on the Effect of Interfacial Tension on the Ultrasound Assisted Oxidative Desulfurization (UAOD)

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Jalali
  • Mohammad Amin Sobati
School of Chemical, Petroluem and Gas Engineering, Iran University of Science and Technology (IUST), Tehran, Iran
چکیده [English]

Ultrasound assisted oxidative desulfurization (UAOD) is a new process for the sulfur removal from different middle distillate cuts. In the UAOD process, at first, the sulfur-containing compounds are oxidized using a suitable oxidation system under ultrasound irradiation. Then, the oxidized sulfur-containing compounds are separated by solvent extraction. In the present study, the effect of interfacial tension between aqueous and hydrocarbon phases on the sulfur removal of diesel fuel has been investigated for the first time.  The selected oxidation system was hydrogen peroxide/formic acid system. In this regards, three different surfactants including anionic, cationic, and nonionic surfactants have been evaluated.  The results revealed that the application of sodium dodecyl sulfate (SDS) as an anionic surfactant and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) as a cationic surfactant leads to the sulfur removal of 82.65 and 83.10% after oxidation followed by solvent extraction respectively. The sulfur removal in the absence of surfactants was 81.61% in the same oxidation and extraction conditions. The application of span 60 as a nonionic surfactant leads to a decrease in sulfur removal to 78.65% in the same oxidation and extraction conditions.  However, the application of span 60 leads to about 3% increase in the sulfur removal in comparison with the case without surfactant after the oxidation step. Therefore, the addition of surfactants can lead to a positive effect on the oxidation step due to decreasing the interfacial tension between aqueous and hydrocarbon phases and a negative effect on the extraction step of the UAOD process.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Interfacial Tension
  • Oxidative Desulfurization
  • Ultrasound Waves
  • Extraction
  • Diesel

[1]. Soleimani M., Bassi A. and Margaritis A., “Biodesulfurization of refractory organic sulfur compounds in fossil fuels,” Biotechnology Advances, Vol. 25, pp. 570-596, 2007.##

[2]. Speight J. G., “The desulfurization of heavy oils and residua,” CRC Press, 1999.##

[3]. Fan Q., Zhao D. and Dai Y., “The Research of ultra-deep desulfurization in diesel via ultrasonic irradiation under the catalytic system of H2O2-CH3COOH-FeSO4,” Petroleum Science and Technology, Vol. 27, pp. 302-314, 2009.##

4]. Topsøe H., Clausen B. S. and Massoth F. E., “Hydrotreating catalysis,” Catalysis, ed: Springer, pp. 1-269, 1996.##

[5]. Ho T. C., “Deep HDS of diesel fuel: chemistry and catalysis,” Catalysis Today, Vol. 98, pp. 3-18, 2004.##

[6]. Babich I. and Moulijn J., “Science and technology of novel processes for deep desulfurization of oil refinery streams: a review,” Fuel, Vol. 82, pp. 607-631, 2003.##

[7]. Wang W., Wang S., Liu H. and Wang Z., “Desulfurization of gasoline by a new method of electrochemical catalytic oxidation,” Fuel, Vol. 86, pp. 2747-2753, 2007.##

[8]. Seeberger A. and Jess A., “Desulfurization of diesel oil by selective oxidation and extraction of sulfur compounds by ionic liquids—a contribution to a competitive process design,” Green Chemistry, Vol. 12, pp. 602-608, 2010.##

[9]. Ismagilov Z., Yashnik S., Kerzhentsev M., Parmon V., Bourane A., Al-Shahrani F. M., Hajji A. A. and Koseoglu O. R., “Oxidative desulfurization of hydrocarbon fuels,” Catalysis Reviews, Vol. 53, pp. 199-255, 2011.##

[10]. Hernández-Maldonado A. J. and Yang R. T., “Desulfurization of liquid fuels by adsorption via π complexation with Cu (I)− Y and Ag− Y Zeolites,” Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 42, pp. 123-129, 2003.##

[11]. Dehkordi A. M., Kiaei Z. and Sobati M. A., “Oxidative desulfurization of simulated light fuel oil and untreated kerosene,” Fuel Processing Technology, Vol. 90, pp. 435-445, 2009.##

[12]. Nehlsen J., Benziger J. and Kevrekidis I., “Oxidation of aliphatic and aromatic sulfides using sulfuric acid,” Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 45, pp. 518-524, 2006.##

[13]. Chica A., Gatti G., Moden B., Marchese L. and Iglesia E., “Selective Catalytic Oxidation of Organosulfur Compounds with tertButyl Hydroperoxide,” Chemistry-A European, Vol. 12, pp. 1960-1967, 2006.##

[14]. Mjalli F. S., Ahmed O. U., Al-Wahaibi T., Al-Wahaibi Y. and AlNashef I. M., “Deep oxidative desulfurization of liquid fuels,” Reviews in Chemical Engineering, Vol. 30, pp. 337-378, 2014.##

[15]. Jalali M. R. and Sobati M. A., “Intensification of oxidative desulfurization of gas oil by ultrasound irradiation: Optimization using Box–Behnken design (BBD),” Applied Thermal Engineering, Vol. 111, pp. 1158-1170, 2017.##

[16]. Dai Y., Qi Y., Zhao D. and Zhang H., “An oxidative desulfurization method using ultrasound/ Fenton›s reagent for obtaining low and/or ultra-low sulfur diesel fuel,” Fuel Processing Technology, Vol. 89, pp. 927-932, 2008.##

[17]. Rahimi M., Shahhosseini S. and Movahedirad S., “Continuous-flow ultrasound assisted oxidative desulfurization (UAOD) process: An efficient diesel treatment by injection of the aqueous phase,” Ultrasonics Sonochemistry, Vol. 39, pp. 611-622, 2017.##

[18]. Kuijpers M. W. A., Van Eck D., Kemmere M. F. and Keurentjes J. T. F., “Cavitation-induced reactions in high-pressure carbon dioxide,” Science, Vol. 298, pp. 1969-1971, 2002.##