Промислові адсорбційні методи зниження вмісту сірки у вуглеводневих потоках

Фазіл Рахімлі Ніґар Мамєдова
Отримано 26.12.2024, Доопрацьовано 12.04.2025, Прийнято 30.06.2025
Анотація

Досліджено промислові адсорбційні методи зниження вмісту сірки у вуглеводневих потоках з акцентом на їх технічну ефективність та технологічну адаптивність на нафтопереробних заводах. Проведено порівняльний аналіз використання цеолітів, активованого вугілля, металоорганічних каркасів, вуглецевих молекулярних сит, оксидів металів, полімерних матеріалів, сульфідів металів, модифікованих глин і бентоніту для зниження вмісту сірки у вуглеводневих потоках. Адсорбція з використанням цеолітів та металоорганічних каркасів виявилася високоефективною для видалення сірковмісних сполук, таких як тіофени та меркаптани, особливо при високих концентраціях сірки. Однак ці методи вимагають значних капітальних витрат і складної інфраструктури для масштабування. Активоване вугілля, незважаючи на його доступність та економічну ефективність, продемонструвало нижчу ефективність у видаленні сірки з важких вуглеводнів та обмежені можливості регенерації. Гібридні методи, що поєднують адсорбцію з каталітичною десульфурацією, виявилися перспективними для глибокого видалення сірки і зниження експлуатаційних витрат завдяки можливості регенерації адсорбенту. Для великих заводів оптимальними є гібридні технології та методи з використанням цеолітів і металоорганічних каркасів, що забезпечують високу ефективність при дотриманні екологічних стандартів. Для малих і середніх нафтопереробних заводів економічно доцільними є технології з використанням активованого вугілля. Таким чином, вибір методу адсорбції залежить від специфіки підприємства, типу потоку вуглеводнів та можливостей впровадження інноваційних технологій

Ключові слова:
цеоліти; металоорганічні каркаси; каталітична десульфуризація; нафтопереробні заводи; активоване вугілля

Взято з Том 23, № 1, 2025

Сторінки 92–103

Використані джерела ЦИТУВАТИ
  1. Al-Jamimi, H.A., BinMakhashen, G.M., & Saleh, T.A. (2022). Multiobjectives optimization in petroleum refinery catalytic desulphurisation using Machine learning approach. Fuel, 322, article number 124088. doi: 10.1016/j. fuel.2022.124088.
  2. Alomar, T., Hameed, B.H., Al-Ghouti, M.A., Almomani, F.A., & Han, D.S. (2024). A review on recent developments and future prospects in the treatment of oily petroleum refinery wastewater by adsorption. Journal of Water Process Engineering, 64, article number 105616. doi: 10.1016/j.jwpe.2024.105616.
  3. Asghar, A., Sairash, S., Hussain, N., Baqar, Z., Sumrin, A., & Bilal, M. (2022). Current challenges of biomass refinery and prospects of emerging technologies for sustainable bioproducts and bioeconomy. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 16(6), 1478-1494. doi: 10.1002/bbb.2403.
  4. Bulut, B., İşbilen, E., Atakül, H., & Tantekin-Ersolmaz, Ş.B. (2022). Adsorptive removal of dimethyl disulfide and thiophene from liquefied petroleum gas by zeolite-based adsorbents. Microporous and Mesoporous Materials, 337, article number 111924. doi: 10.1016/j.micromeso.2022.111924.
  5. Cako, E., Wang, Z., Castro-Muñoz, R., Rayaroth, M.P., & Boczkaj, G. (2022). Cavitation based cleaner technologies for biodiesel production and processing of hydrocarbon streams: A perspective on key fundamentals, missing process data and economic feasibility – a review. Ultrasonics Sonochemistry, 88, article number 106081. doi: 10.1016/j.ultsonch.2022.106081.
  6. Chai, Y., Dai, W., Wu, G., Guan, N., & Li, L. (2021). Confinement in a zeolite and zeolite catalysis. Accounts of Chemical Research, 54(13), 2894-2904. doi: 10.1021/acs.accounts.1c00274.
  7. Chen, K., Li, W., Biney, B.W., Li, Z., Shen, J., & Wang, Z. (2020). Evaluation of adsorptive desulphurisation performance and economic applicability comparison of activated carbons prepared from various carbon sources. RSC Advances, 10, 40329-40340. doi: 10.1039/D0RA07862J.
  8. Da Silva Medeiros, D.C.C., Chelme-Ayala, P., Benally, C., Al-Anzi, B.S., & El-Din, M.G. (2022). Review on carbonbased adsorbents from organic feedstocks for removal of organic contaminants from oil and gas industry process water: Production, adsorption performance and research gaps. Journal of Environmental Management, 320, article number 115739. doi: 10.1016/j.jenvman.2022.115739.
  9. Ganiyu, S.A., & Lateef, S.A. (2021). Review of adsorptive desulphurisation process: Overview of the noncarbonaceous materials, mechanism and synthesis strategies. Fuel, 294, article number 120273. doi: 10.1016/j. fuel.2021.120273.
  10. Gooneh-Farahani, S., & Anbia, M. (2023). A review of advanced methods for ultra-deep desulphurisation under mild conditions and the absence of hydrogen. Journal of Environmental Chemical Engineering, 11(1), article number 108997. doi: 10.1016/j.jece.2022.108997.
  11. Griffiths, H. (2023). Euro 5 vs Euro 6 emission standards. Retrieved from https://www.carwow.co.uk/guides/ glossary/eu5-and-eu6-engines-whats-the-difference-0626#gref.
  12. Guo, J., Qin, Y., Zhu, Y., Zhang, X., Long, C., Zhao, M., & Tang, Z. (2021). Metal-organic frameworks as catalytic selectivity regulators for organic transformations. Chemical Society Reviews, 50(9), 5366-5396. doi: 10.1039/ D0CS01538E.
  13. Hassan, S.U., et al. (2022). Designing polyoxometalate based hybrid catalysts for efficient removal of hazardous sulfur from fuel via heterogeneous oxidative desulfurization. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 116, 438-446. doi: 10.1016/j.jiec.2022.09.034.
  14. Hulevskyi, V., & Postol, Yu. (2022). Prospects for improving the treatment of wastewater and technical fluids. Ecological Safety and Balanced Use of Resources, 13(2), 143-148. doi: 10.31471/2415-3184-2022-2(26)-143148.
  15. ISO No. 14001. (2015). Environmental management systems – requirements with guidance for use. Retrieved from https://www.iso.org/standard/60857.html.
  16. Ismailov, N.S., & Gashimov, G.A. (2010). Increasing thermal stability of alumosilicates using adsorption and desorption. Azerbaijan Chemical Journal, 1, 82-86.
  17. Jumina, Kurniawan, Y.S., Purwono, B., Siswanta, D., Priastomo, Y., Winarno, A., & Waluyo, J. (2021). Science and technology progress on the desulphurisation process of crude oil. Bulletin of the Korean Chemical Society, 42(8), 1066-1081. doi: 10.1002/bkcs.12342.
  18. Kosogina, I., Klymenko, N., Savchyna, L., Kyrii, S., Astrelin, I., & Samsoni-Тоdorova, O. (2019). Sorption of sulfanilic acid and copper ions by activated carbon modified with metal oxides. Bulletin of Cherkasy State Technological University, 24(3), 83-91. doi: 10.24025/2306-4412.3.2019.178235.
  19. Lee, K.X., & Valla, J.A. (2019). Adsorptive desulphurisation of liquid hydrocarbons using zeolite-based sorbents: A comprehensive review. Reaction Chemistry & Engineering, 4(8), 1357-1386. doi: 10.1039/ C9RE00036D.
  20. Li, G., et al. (2024). Review on advances in adsorption material for mercaptan removal from gasoline oil. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 139, 36-55. doi: 10.1016/j.jiec.2024.05.008.
  21. Naji, S.Z., & Tye, C.T. (2022). A review of the synthesis of activated carbon for biodiesel production: Precursor, preparation, and modification. Energy Conversion and Management: X, 13, article number 100152. doi: 10.1016/j. ecmx.2021.100152.
  22. Nezhad, A.B., Bastan, F., Panjehshahin, A., & Zamani, M. (2023). Adsorptive desulphurisation of condensate contains aromatic compounds using a commercial molecular sieve. ACS Omega, 8(11), 10365-10372. doi: 10.1021/acsomega.2c08051.
  23. Pan, Y., Huang, W., Liu, Z.H., Yang, Z.Z., Tan, J.J., & Xu, B.M. (2024). Recent progress of metal-organic frameworks for liquid fuels desulphurisation. Separation & Purification Reviews, 54, 128-148. doi: 10.1080/15422119.2024.2367646.
  24. Paucar, N.E., Kiggins, P., Blad, B., de Jesus, K., Afrin, F., Pashikanti, S., & Sharma, K. (2021). Ionic liquids for the removal of sulfur and nitrogen compounds in fuels: A review. Environmental Chemistry Letters, 19, 1205-1228. doi: 10.1007/s10311-020-01135-1.
  25. Pérez-Botella, E., Valencia, S., & Rey, F. (2022). Zeolites in adsorption processes: State of the art and future prospects. Chemical Reviews, 122(24), 17647-17695. doi: 10.1021/acs.chemrev.2c00140.
  26. Saha, B., Vedachalam, S., & Dalai, A.K. (2021). Review on recent advances in adsorptive desulphurisation. Fuel Processing Technology, 214, article number 106685. doi: 10.1016/j.fuproc.2020.106685.
  27. Shi, Q., & Wu, J. (2021). Review on sulfur compounds in petroleum and its products: State-of-the-art and perspectives. Energy & Fuels, 35(18), 14445-14461. doi: 10.1021/acs.energyfuels.1c02229.
  28. Srivastava, V.C. (2012). An evaluation of desulphurisation technologies for sulfur removal from liquid fuels. RSC Advances, 2(3), 759-783. doi: 10.1039/C1RA00309G.
  29. Taghaddom, K., Saadi, M.K., Kiani, P., Rahimpour, H.R., & Rahimpour, M.R. (2023). Activated carbon for syngas purification. In M.R. Rahimpour, M.A. Makarem & M. Meshksar (Eds.), Advances in synthesis gas: Methods, technologies and applications: Syngas purification and separation (pp. 229-250). Amsterdam: Elsevier. doi: 10.1016/B978-0-323-91877-0.00007-6.
  30. Tan, K.L., & Foo, K.Y. (2022). The viable role of activated carbon for the effective remediation of refinery and petrochemical wastewaters. In M.H. El-Naas & A. Banerjee (Eds.), Petroleum industry wastewater: Advanced and sustainable treatment methods (pp. 185-203). Amsterdam: Elsevier. doi: 10.1016/B978-0-323-85884-7.00016-3.
  31. Wang, X., et al. (2021). Key factors and primary modification methods of activated carbon and their application in adsorption of carbon-based gases: A review. Chemosphere, 287(2), article number 131995. doi: 10.1016/j. chemosphere.2021.131995.
  32. Wang, X., Gurbanov, H., Adygezalova, M., & Alizade, E. (2024). Investigation of removing asphaltene-resinparaffin deposits by chemical method for Azerbaijan high-paraffin oil production process. Energies, 17(15), article number 3622. doi: 10.3390/en17153622.
  33. Wen, C., et al. (2023). Biochar as the effective adsorbent to combustion gaseous pollutants: Preparation, activation, functionalization and the adsorption mechanisms. Progress in Energy and Combustion Science, 99, article number 101098. doi: 10.1016/j.pecs.2023.101098.
  34. Yang, H., Wang, G., Luo, F., Dang, F., & Zhang, Z. (2023). Reactive adsorption desulphurisation of fluid catalytic cracking gasoline: The effect of promoters (Fe, Mo, and W) on the structural and catalytic properties of Ni/ZnO adsorbents. Energy & Fuels, 37(7), 5025-5033. doi: 10.1021/acs.energyfuels.3c00004.
  35. Yu, S., Li, J., Du, Y., Wang, Y., Zhang, Y., & Wu, Z. (2024). Sulfur-modified MOFs as efficient electrocatalysts for overall water splitting. Coordination Chemistry Reviews, 520, article number 216144. doi: 10.1016/j. ccr.2024.216144.
  36. Yu, T., Chen, Z., Liu, Z., Xu, J., & Wang, Y. (2022). Review of hydrogen sulfide removal from various industrial gases by zeolites. Separations, 9(9), article number 229. doi: 10.3390/separations9090229.
  37. Yunusov, S.G., Andryushchenko, N.K., Mirzoyeva, L.M., & Babayeva, Z.B. (2023). Desulphurisation of coking gasoline and diesel fraction mixture by alternative methods. Processes of Petrochemistry and Oil Refining, 24(2), 310-320.
  38. Zaidi, Z., Gupta, Y., Gayatri, S.L., & Singh, A. (2023). A comprehensive discussion on fuel combustion and desulphurisation technologies. Inorganic Chemistry Communications, 154, article number 110964. doi: 10.1016/j. inoche.2023.110964.
  39. Zhang, W., Li, G., Yin, H., Zhao, K., Zhao, H., & An, T. (2022). Adsorption and desorption mechanism of aromatic VOCs onto porous carbon adsorbents for emission control and resource recovery: Recent progress and challenges. Environmental Science: Nano, 9(1), 81-104. doi: 10.1039/D1EN00929J.
Rahimli, F., & Mamedova, N. (2025). Industrial adsorption methods for reduction of sulphur content in hydrocarbon streams. Journal of Kryvyi Rih National University, 23(1), 92-103. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2025-1-23-92-103
uk