Ионная жидкостная экстракция

Добывающая десульфуризация топлив, например дизельного масла ионными жидкостями (ИЛ), в отличие от традиционных органических растворителей, представляет интересную альтернативу для получения ультрачистых дизельных масел. В литературе представлены ионные жидкости на основе имидазолия, пиридиния или хинолиния с анионами, такими как алкилсульфаты, алкилфосфаты или галогенсодержащие анионы, в качестве наиболее подходящих (ИЛ) с хорошими характеристиками экстракции.

Идеальные ионные жидкости имеют высокий коэффициент распределения для соединений серы, низкую перекрестную растворимость для углеводородов, низкую вязкость и скорость быстрого разделения фаз после смешивания и экстракции. К сожалению, эффективность реальных ионных жидкостей для жидкостно-жидкостной экстракции менее благоприятна.

Хотя ионные жидкости имеют высокий коэффициент распределения для модельных соединений серы, таких как дибензотиофен, в модельных смесях коэффициент распределения в реальном дистилляте прямого разгона довольно низок. Другими словами, ионные жидкости не являются идеальными растворителями для экстракционной десульфуризации настоящих дистиллятов прямого действия. В тяжелой нефти ситуация ухудшается. Эффективность процесса экстракции ионными жидкостями увеличивается, если сераорганические соединения предварительно окисляются до соответствующих сульфоксидов и сульфонов, поскольку окисленные соединения серы имеют значительно более высокий коэффициент распределения.

Ионные жидкости представляют собой высококипящие растворители, и извлечение извлеченных соединений серы является более сложной задачей, чем с использованием органических растворителей. Некоторые из подходов, предложенных Seeberger and Jess (2010), Haung et al. (2004), Bosmann et al. (2001) и Esser et al. (2004):

(A) Прямое удаление соединений серы из ионных жидкостей путем дистилляции. Температура кипения более тяжелых сероорганических соединений, таких как алкилированные дибензотиофены, является высокой (> 340 ° C), и это потребует вакуумной дистилляции. Таким образом, этот метод применим только для обессеривания более легких нефтяных фракций.

(B) Соединения серы могут быть повторно экстрагированы растворителем с низкой температурой кипения. Однако для этого требуется дополнительный этап разделения. Во-первых, ионная жидкость должна быть извлечена для повторного использования, а затем растворитель, используемый для очистки ионной жидкости, должен быть очищен путем разделения соединений серы в растворителе путем дистилляции.

(C) Соединения серы могут быть отделены от загруженных серой ионных жидкостей добавлением воды. Коэффициент распределения соединений серы в ионных жидкостях уменьшается почти до нуля, если в систему добавляется достаточно воды. Соединения серы вместе с некоторыми легкими углеводородами, которые были экстрагированы, затем могут быть растворены или образовать вторую жидкую фазу в воде. Соединения серы могут даже осаждаться. Эта стратегия более эффективна, если соединения серы окисляются. Перед тем, как ионные жидкости могут быть переработаны, вода должна быть удалена. Испарение воды из ионных жидкостей является решающим шагом в этом процессе с точки зрения потребления энергии. Для экономии энергии был предложен многоступенчатый процесс испарения (четырехэтапное испарение) при различных температурах и давлениях. Потребность в энергии сопоставима с потреблением энергии традиционного ГДС, если используется многоступенчатое испарение.

Экстрактивная десульфуризация ионными жидкостями обладает многими преимуществами, которые были ранее упомянуты для экстракции органическим растворителем. Недостатки, такие как высокая стоимость и чувствительность к воде некоторых ионных жидкостей, отвлекают от ее крупномасштабного промышленного применения.

Нет никаких сообщений об экстракционной десульфуризации тяжелой нефти. Это неудивительно, учитывая трудности, связанные с десульфурацией дистиллята прямого действия. Ионная жидкостная экстракция невозможна как метод десульфуризации тяжелой нефти.

Адсорбционная десульфурация

Десульфурация за счет адсорбции зависит от способности твердого сорбента избирательно адсорбировать сероорганические соединения из нефти. Эффективность этого метода зависит от свойств материала сорбента: селективности к сероорганическим соединениям относительно углеводородов, адсорбционной способности, долговечности и регенерируемости. Для адсорбционной десульфуризации можно использовать два подхода:

(A) Физическая адсорбция, при которой соединения серы не подвергаются химическому изменению путем разделения. Энергия, необходимая для регенерации, зависит от прочности адсорбции, но, будучи только фидсорбцией, она не требует больших энергетических затрат.

(B) Реактивная адсорбция, которая включает химическую реакцию между сероорганическими соединениями и поверхностью твердого сорбента. Сера обычно присоединяется к сорбенту в виде сульфида. Регенерация сорбента может быть достигнута термически или путем промывки отработанного сорбента десорбентом. Сера обычно удаляется в виде H2S, SOx или элементарной серы в зависимости от процесса и природы исходного сырья.

Для десульфуризации были оценены различные сорбционные материалы. Среди прочего оценивали сорбенты активированного угля, цеолитов, аморфных алюмосиликатов и металлорганических каркасов (MOF) для десульфирования модельных масел, сырья для каталитического крекинга флюидов, лигроина коксования и дистиллятов.Несмотря на приемлемую степень десульфуризации, которая была достигнута в мягких условиях реакции в лабораторных и опытных экспериментах, эффективность даже самых эффективных из адсорбентов все еще недостаточна для промышленного применения.Применение к тяжелой нефти, несмотря на ее более высокое содержание серы, непрактично из-за низкой доступности больших молекул в узких порах и стерических препятствий, что снижает эффективность адсорбции. В этом отношении многие проблемы, возникающие при каталитической ГДС, отражаются в результате адсорбционной десульфурации, поскольку оба метода основаны на адсорбции на твердой поверхности.