Оптимізація технологічних параметрів для покращення десульфурації в процесі переробки пропан-пропілену

Фазіл Рахімлі Ніґар Мамєдова
Отримано 18.07.2024, Доопрацьовано 16.11.2024, Прийнято 24.12.2024
Анотація

Метою роботи була оптимізація параметрів процесу сіркоочищення пропан-пропілену для підвищення його ефективності. В роботі проаналізовано вплив температури, тиску та типу адсорбенту на ефективність процесу десульфурації пропан-пропілену. Встановлено, що підвищення температури сприяє збільшенню швидкості адсорбції сполук сірки, але цей ефект зберігається лише до певного значення температури. Після досягнення певної межі температура починає негативно впливати на адсорбент, викликаючи його деградацію. На основі отриманих даних було визначено, що оптимальна температура для максимальної ефективності процесу сіркоочищення знаходиться в діапазоні 250-300 °С. Вплив тиску на процес сіркоочищення виявився значним: підвищення тиску покращує результати, оскільки збільшує щільність газової фази, що, в свою чергу, сприяє кращому вловлюванню сполук сірки. Однак, якщо тиск є занадто високим, додаткового покращення результатів не відбувається, а енергетичні витрати на процес зростають. Крім того, оксид алюмінію виявився найефективнішим з усіх розглянутих адсорбентів. Він продемонстрував найкращі результати порівняно з активованим вугіллям і силікагелем за оптимальних температурних і тискових умов, забезпечивши найбільший ступінь видалення сірки з газової суміші. Розроблені в ході дослідження математичні моделі підтвердили, що оптимізація параметрів температури і тиску дозволяє значно підвищити ефективність процесу сіркоочищення. Це дозволяє не тільки підвищити ступінь видалення сірки, але й знизити енерговитрати та продовжити термін служби обладнання, що є важливим для його практичного застосування. Практична цінність роботи полягає в тому, що комплексний підхід, який враховує взаємозв’язок між температурою, тиском і типом адсорбенту, значно покращує процес сіркоочищення в промислових масштабах, забезпечуючи вищу ефективність та економічність

Ключові слова:
температура; тиск; адсорбент; оксид алюмінію; енергетичні витрати

Взято з Том 22, № 2, 2024

Сторінки 48–59

Використані джерела ЦИТУВАТИ

[1] Abbasi, S., Khosravi-Nikou, M.R., & Shariati, A. (2023). Selective separation of propane from the propylene-propane mixture using pure silica zeolites: A molecular dynamic simulation. Chemical Engineering and Processing – Process Intensification, 184, article number 109294. doi: 10.1016/j.cep.2023.109294.

[2] Ahmadijokani, F., Tajahmadi, S., Rezakazemi, M., Sehat, A.A., Molavi, H., Aminabhavi, T.M., & Arjmand, M. (2021). Aluminum-based metal-organic frameworks for adsorptive removal of anti-cancer (methotrexate) drug from aqueous solutions. Journal of Environmental Management, 277, article number 111448. doi: 10.1016/j.jenvman.2020.111448.

[3] Ahn, S.-Y., et al. (2023). From gray to blue hydrogen: Trends and forecasts of catalysts and sorbents for unit process. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 186, article number 113635. doi: 10.1016/j.rser.2023.113635.

[4] Al-Khodor, Y.A.A., & Albayati, T.M. (2023). Real heavy crude oil desulfurization onto nanoporous activated carbon implementing batch adsorption process: Equilibrium, kinetics, and thermodynamic studies. Chemistry Africa, 6(2), 747-756. doi: 10.1007/s42250-022-00482-6.

[5] Andrade, M., Parnell, A.J., Bernardo, G., & Mendes, A. (2021). Propane selective carbon adsorbents from phenolic resin precursor. Microporous and Mesoporous Materials, 320, article number 111071. doi: 10.1016/j.micromeso.2021.111071.

[6] Castro, P.S., et al. (2023). Review of the adsorbents/catalysts for the removal of sulfur compounds from natural gas. Gas Science and Engineering, 115, article number 205004. doi: 10.1016/j.jgsce.2023.205004.

[7] Chauhan, P.R., Kaushik, S.C., & Tyagi, S.K. (2022). A review on thermal performance enhancement of green cooling system using different adsorbent/refrigerant pairs. Energy Conversion and Management: X, 14, article number 100225. doi: 10.1016/j.ecmx.2022.100225.

[8] Chen, F., et al. (2022). Molecular sieving of propylene from propane in metal-organic framework-derived ultramicroporous carbon adsorbents. ACS Applied Materials & Interfaces, 14(26), 30443-30453. doi: 10.1021/acsami.2c09189.

[9] Dong, Q., Wang, C., Peng, S., Wang, Z., & Liu, C. (2021). A many-objective optimization for an eco-efficient flue gas desulfurization process using a surrogate-assisted evolutionary algorithm. Sustainability, 13(16), article number 9015. doi: 10.3390/su13169015.

[10] Georgiadis, A.G., Charisiou, N.D., Gaber, S., Polychronopoulou, K., Yentekakis, I.V., & Goula, M.A. (2021). Adsorption of hydrogen sulfide at low temperatures using an industrial molecular sieve: An experimental and theoretical study. ACS Omega, 6(23), 14774-14787. doi: 10.1021/acsomega.0c06157.

[11] Huang, X., et al. (2023). Quasi-discrete pore engineering via ligand racemization in metal-organic frameworks for thermodynamic-kinetic synergistic separation of propylene and propane. Journal of the American Chemical Society, 146(1), 617-626. doi: 10.1021/jacs.3c10495.

[12] Ikram, M., et al. (2021). A review of photocatalytic characterization, and environmental cleaning, of metal oxide nanostructured materials. Sustainable Materials and Technologies, 30, article number e00343. doi: 10.1016/j.susmat.2021.e00343.

[13] Kaczmarski, K., & Szukiewicz, M.K. (2021). An efficient and robust method for numerical analysis of a dead zone in catalyst particle and packed bed reactor. Engineering Reports, 3(8), article number e12370. doi: 10.1002/eng2.12370.

[14] Kadhum, A.T., & Albayati, T.M. (2022). Desulfurization techniques process and future challenges for commercial of crude oil products: Review. AIP Conference Proceedings, 2443(1), article number 030039. doi: 10.1063/5.0092049.

[15] Kancherla, R., Nazia, S., Kalyani, S., & Sridhar, S. (2021). Modeling and simulation for design and analysis of membrane-based separation processes. Computers & Chemical Engineering, 148, article number 107258. doi: 10.1016/j.compchemeng.2021.107258.

[16] Karimi, M., Rodrigues, A.E., & Silva, J.A.C. (2021). Designing a simple volumetric apparatus for measuring gas adsorption equilibria and kinetics of sorption. Application and validation for CO2, CH4 and N2 adsorption in binder-free beads of 4A zeolite. Chemical Engineering Journal, 425, article number 130538. doi: 10.1016/j.cej.2021.130538.

[17] Kumar, P., & Srivastava, V.C. (2023). Elucidation of catalytic propane dehydrogenation using theoretical and experimental approaches: Advances and outlook. Energy & Fuels, 37(23), 18369-18394. doi: 10.1021/acs.energyfuels.3c02887.

[18] Lai, J.Y., Ngu, L.H., & Hashim, S.S. (2021). A review of CO2 adsorbents performance for different carbon capture technology processes conditions. Greenhouse Gases: Science and Technology, 11(5), 1076-1117. doi: 10.1002/ghg.2112.

[19] Lei, Y., et al. (2022). Energy-efficient separation of propylene/propane by introducing a tailor-made ionic liquid solvent. Fuel, 326, article number 124930. doi: 10.1016/j.fuel.2022.124930.

[20] Li, S., Yuan, X., Deng, S., Zhao, L., & Lee, K.B. (2021). A review on biomass-derived CO2 adsorption capture: Adsorbent, adsorber, adsorption, and advice. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 152, article number 111708. doi: 10.1016/j.rser.2021.111708.

[21] Li, X., Han, J., Liu, Y., Dou, Z., & Zhang, T.-A. (2022). Summary of research progress on industrial flue gas desulfurization technology. Separation and Purification Technology, 281, article number 119849. doi: 10.1016/j.seppur.2021.119849.

[22] Li, X., Wang, Y., Fan, D., & Al-Shati, A.S. (2023). Separation of sulfur compounds from petroleum using hydrodesulfurization method to reduce SO2 emission: Process optimization and validation. Case Studies in Thermal Engineering, 49, article number 103384. doi: 10.1016/j.csite.2023.103384.

[23] Mehri, M., Khosravi-Nikou, M.R., Aghajani, M., & Shariati, A. (2021). Process intensification of liquid hydrocarbon fuel desulfurization using catalytic-oxidative-adsorptive method. Chemical Papers, 75, 3667-3678. doi: 10.1007/s11696-021-01618-7.

[24] Naderi, K., Kalami Yazdi, M.S., Jafarabadi, H., Bahmanzadegan, F., Ghaemi, A., & Mosavi, M.R. (2024). Modeling based on machine learning to investigate flue gas desulfurization performance by calcium silicate absorbent in a sand bed reactor. Scientific Reports, 14(1), article number 954. doi: 10.1038/s41598-024-51586-7.

[25] Omar, R.A., & Verma, N. (2022). Review of adsorptive desulfurization of liquid fuels and regeneration attempts. Industrial & Engineering Chemistry Research, 61(25), 8595-8606. doi: 10.1021/acs.iecr.2c01426.

[26] Pordsari, M.A., Moradi, M., & Ghaemi, A. (2024). Fabrication of a cost-effective metal oxide-based adsorbent from industrial waste slag for efficient CO2 separation under flue gas conditions. Journal of CO2 Utilization, 88, article number 102930. doi: 10.1016/j.jcou.2024.102930.

[27] Shafeianpour, S.H., Borsalani, A., Shahbazi Kootenaei, A., & Narimani, M. (2024). Using catalysts with ZSM-48 zeolite support and MOF-5 organic-metallic framework in the oxidative dehydrogenation process of propane to produce propylene. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 43(6), 2220-2237. doi: 10.30492/ijcce.2024.2009042.6168.

[28] Singh, A.K., Gautam, R.K., Agrahari, S., Prajapati, J., & Tiwari, I. (2024). Graphene oxide supported Fe3O4-MnO2 nanocomposites for adsorption and photocatalytic degradation of dyestuff: ultrasound effect, surfactants role and real sample analysis. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 104(15), 3506-3532. doi: 10.1080/03067319.2022.2091930.

[29] Sun, J., Chen, C., Zhang, Y., Li, W., & Song, Y. (2022). Competitive adsorption characteristics based on partial pressure and adsorption mechanism of CO2/CH4 mixture in shale pores. Chemical Engineering Journal, 430(4), article number 133172. doi: 10.1016/j.cej.2021.133172.

[30] Wang, C., et al. (2023). A comprehensive review of the thermal cracking stability of endothermic hydrocarbon fuels. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 169, article number 105867. doi: 10.1016/j.jaap.2023.105867.

[31] Wang, C.-T., Li, W.-C., Wang, M., Zhao, G.-H., Liu, R.-S., Hao, G.-P., & Lu, A.-H. (2025). Wood-structured carbon with reassembled pores showing high propylene adsorption rate for efficient separation of propylene/propane. Separation and Purification Technology, 354(1), article number 128649. doi: 10.1016/j.seppur.2024.128649.

[32] Zhang, X., et al. (2021). Application of upscaling methods for fluid flow and mass transport in multi-scale heterogeneous media: A critical review. Applied Energy, 303, article number 117603. doi: 10.1016/j.apenergy.2021.117603.

Rahimli, F., & Mamedova, N. (2024). Optimisation of process parameters for improved desulphurisation in propane-propylene processing. Journal of Kryvyi Rih National University, 22(2), 48-59. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2024-2-22-48-59
uk