К.т.н. Контарь А.А., к.т.н. Валевахин Г.Н., Галеев Э.Р.
Одно из направлений уменьшения количества
серы в жидких углеводородах
Наличие в жидких углеводородах серы существенно влияет на срок службы двигателей внутреннего сгорания и приводит к существенному загрязнению окружающей среды. Среди жидких топлив особое место занимает дизельное топливо, т.к. оно является хорошей альтернативой любым другим горючим. Дизельное топливо обеспечивает большой КПД, намного экономичней и способствует сохранению высокого ресурса двигателя. Качество любого дизельного топлива зависит от количества серы, содержащейся в нём. Для топлива, отвечающего нормам евро 1, показатель содержания серы должен быть не более 0,1%, для топлива евро 2 – не более 0,02%, для топлива евро 3 и топлива евро 4 – не более 0,003%. Повышенные требования к топливу Евро 3-5 обусловлены не только стремлением к сохранению ресурса транспортных средств, но и повышенными требованиями к защите окружающей среды. Стремление обеспечить качество дизельного топлива, соответствующее стандарту Евро 5, в котором содержание серы должно быть не более 10 мг/кг, привело к новым исследованиям, направленным на уменьшение количества серы.
Традиционные способы уменьшения количества серы [1,2] обеспечивают получение конечной концентрации её в пределах 0,2-0,3 % от массы углеводородов. Сложность оборудования и необходимость перевода жидких углеводородов из жидкого в парообразное состояние стали основными причинами поиска малоэнергоёмких технологий, отличающихся высокой эффективностью. Так в [3] для уменьшения количества серы в сырой нефти предлагается использовать органические добавки в виде сложных эфиров типа R – O – R, R' – O – R2. Сами по себе эти добавки не приводят к уменьшению количества серы в нефти, однако молекулы эфиров можно разрушить действием ультразвуковой энергии в интервале частот 20 - 200 кГц. Под действием энергии ультразвука плотности мощности 30 - 300 Вт/см2 обрадуются свободные радикалы R – O и R, способные взаимодействовать с серой. Как утверждает автор, в процессе экспериментов содержание серы в сырой нефти было понижено с 3,5% до 1,5%. Для эффективного применения эфиров нефть должна быть нагрета до температуры 50 – 100 ºС, что обеспечивает её достаточную подвижность для совмещения с эфирами. Однако необходимо учитывать, что в первую очередь удаётся удалить серу из линейных молекул. В дизельном топливе основное количества серы содержится в тиофенах, эти атомы серы экранированы метильными группами, соединёнными с бензольными ядрами. Активирование атомов серы в тиофенах с последующим их отщеплением позволит приблизиться к решению задачи получения дизельного топлива, соответствующего требованиям ЕВРО 5.
Как показал обзор литературных источников жидкие углеводороды отличаются низким значением диэлектрической проницаемости [ 4 ], а жидкие углеводороды, содержащие серу, имеют диэлектрическую проницаемость в пределах от 3 до 17 [5]. Следовательно, молекулы жидких углеводородов под действием электромагнитной энергия СВЧ диапазона могут быть переведены возбуждённое состояние. Для адсорбции атомов серы из жидких углеводородов могут быть предложены различные системы, содержащие водорастворимые углеводороды такие, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). Водный раствор КМЦ поддаётся лёгкой модификации ионами щёлочи, щелочноземельных металлов, а также меди, цинка, железа.
Поисковые исследования позволили определить соотношение компонентов и условия воздействия электромагнитной энергии СВЧ диапазона для реализации процесса жидких углеводородов и адсорбции атомов серы. Температура процесс не превышает 100 ºС, обеспечивается кипение водного раствора КМЦ с концентрацией от 29 до 40 г/л и модифицированного ионами меди.
Для практической реализации уменьшения количества серы в жмдких углеводородах разработана установка модульного типа, состоящая из ёмкости подготовки адсорбента, ёмкости совмещения жидких углеводородов и адсорбента, эмульгатора (гидродинамического диспергатора), согласованного СВЧ резонатора, СВЧ генератора и разделительной ёмкости. Для лабораторных исследований был использован СВЧ генератор мощностью 1 кВт, работающий на частоте 2,7 ГГц в непрерывном режиме. Скорость прохождения эмульсии жидких углеводородов и адсорбента изменялась от 1 до 10 л/мин. Производительность установки по дизельному топливу изменялась от 30 до 300 л/час.
Основным достижением проведенных экспериментов следует считать уменьшение количества серы в жидких углеводородах с 0,2% до 0,01% при производительности 300 л/час, а при производительности 150 л/час количество серы не превышало 0,001%, что удовлетворяет полностью требованиям Евро 4 и приближается к требованиям Евро 5.
Литература:
1. Кустов Б.И., Коляндр. Коксовый газ.- Харьков - Москва: Металлургиздат, 1947. – С. 231.
2.Ганз С.Н.
Очистка промышленных газов. – Днепропетровск.: Изд. Промінь, 1977. – С.114.
3. Патент RU №228755, опубл. 20.11.2006 . Способ ультразвукового обессеривания ископаемых топлив в присутствии диалкилового эфира.
4. Справочник химика. Т.1. – М.: Госхимиздат, 1963. – С. 1048.
5. Ахадов Я Ю. – Диэлектрические свойства чистых жидкостей. Справочник. – М.:Изд. Стандарт, 1972. – С. 412.