Extractive liquid fuel desulfurization in small channels

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

The move towards processes in small and microdevices has been increasedrecently due to the enhanced heat and mass transfer rate of these devices. Oneparticular area of application is liquid-liquid extraction. Hence, the key goal of thisstudy is to miniaturize the implementation of extractive desulfurization of diesel byadopting microchannel technology to overcome the mass transfer limitation ofconventional liquid-liquid extraction. The efficiency of the solvent extraction as aresult of two-phase flow in an intensified channel highly depends on the flow patterns.In this work, the hydrodynamics of conventional polyethylene glycol 200 (PEG200)and simulated diesel have been investigated intensively by varying several parameterssuch as junction shape and diameter, channel diameter, and channel saturation atdifferent mixture velocities and solvent volume fraction. To study the effect of solventproperties, experiments were carried out by complexing the polyethylene glycol into adeep eutectic solvent (DES) form by adding a specific amount of tetra butylammonium bromide (TBAB) to the PEG200. The main observed patterns were thedrop, plug, various states of annular flow, and irregular flow. Those patterns werehighly influenced by the channel diameter. Using DES as a liquid solvent resulted inthe development of a different form of plug flow known as plug dispersed flow. Themeasured pressure drop was found to rise with increasing solvent velocity, solventviscosity, and decreasing channel diameter. The dimensionless analysis showed areasonable agreement with the experimental work. A new friction factor correlationwas generated based on the homogenous pressure drop model using our experimentalresults. This resulted in improved predictions of the measured pressure drop. Thecomputational fluid dynamics (CFD) was employed using the Volume of Fluid (VOF)model and results were validated with the experimental data. Both experimental andnumerical results revealed two-phase flow patterns.The second part involved the utilization of the optimized experimental setup forthe extraction of thiophene (Thio) and dibenzothiophene (DBT) from liquid fuel usingboth solvents. The central composite design (CCD) was employed to visualize themain and interaction effect of different operation factors including channel diameter,channel length, mixing velocity, and volume fraction on the extraction of sulfurcompounds. It was found that extraction efficiency fluctuates with respect to mixturevelocity. Moreover, the extent of extraction increased with increasing channel lengthand decreasing channel diameter. Channel cross-sectional area had almost no effect onthe EDS efficiency. Finally, a scale-up design based on the numbering-up techniquewas implemented to check the possibility of implementing the model for highthroughput. The proposed scale-up design enhances the mass transfer and theequilibrium was reached in a shorter micro-extractor. Deep removal of sulfur containing components from simulated diesel was achieved in four extraction stages.The percentage of DBT extraction using PEG200 and DES was 98.38 % and 98.66 %respectively. While the deep removal of sulfuric components from real diesel wasachieved in six stages. This work gives a clear understanding about the behavior ofdifferent solvents to the removal of sulfuric achieve efficient sulfur reduction fromliquid fuel in a small scale. It also opens the door for efficient scale-out ofmicrochannels.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

0210686a-e9c2-458d-a168-9f1d0d2dd9d3

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل دكتوراة

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

0210686a-e9c2-458d-a168-9f1d0d2dd9d3_1.pdf

بيانات النشر

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"Farouk S. Mjalli","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"Marwah Qasim Qaddoori Al-Azzawi","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Extractive liquid fuel desulfurization in small channels

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

التحول إلى إجراء العمليات في الأجهزة الصغيرة والمتناهية الصغر ازداد بشكل ملحوظ في الآونة الأخيرة، وذلك لما توفره هذه الأجهزة من زيادة في معدلات انتقال الحرارة والكتلة. أحد تطبيقات هذه الأجهزة هي تقنية الاستخلاص باستخدام سائلين لا يذوب أحدهما في الآخر. وبالتالي، فإن الهدف الرئيسي لهذه الدراسة هو تصغير عملية تنفيذ إزالة الكبريت المستخرجة من الديزل من خلال اعتماد تقنية القنوات الصغيرة، لغرض التغلب على التحديات التي تواجه الطريقة التقليدية لاستخلاص الكبريت باستخدام المذيب. كفاءة عملية الاستخلاص باستخدام المذيب التي تحدث نتيجة التدفق الثنائي في قناة صغيرة تعتمد بشكل كبير على أنماط التدفق. في هذه الأطروحة، تمت دراسة ديناميكية البولي إيثيلين جلايكول 200 (PEG 200) التقليدي مع الوقود المحاكي (الديزل المحاكي) بشكل مكثف من خلال تغيير عدة عوامل مؤثرة، مثل شكل الوصلة التي يلتقي فيها السائلان وقطرها، قطر القناة، والسائل الذي يتم ضخه في البداية إلى القناة، باختلاف سرعات الخليط والنسب الحجمية للمذيب. ولدراسة تأثير خواص المذيب، تم إجراء التجارب من خلال تعديل البولي إيثيلين جلايكول وجعله يحمل خاصية المذيبات اليوتكتية، وذلك عن طريق إضافة كمية محددة من ملح رباعي بيوتيل بروميد الأمونيوم (TBAB) إلى PEG 200، وبذلك تم تسميته مذيبًا يوتكتيكيًا (DES). بشكل عام، من خلال دراسة جميع هذه العوامل، لوحظ اختلاف أنماط التدفق والتي تأثرت بعدد من هذه العوامل. على سبيل المثال، تأثر تشكيل هذه الأنماط بتغير قطر القناة بشكل كبير، حيث رأينا نمطًا غير مستقر في القناة ذات القطر الصغير جدًا، كما أدى استخدام الـ DES كمذيب إلى تطوير نوع مختلف من أنماط التدفق. من ناحية أخرى، فقد وُجد أن الضغط في حالة التدفق الثنائي يرتفع مع زيادة سرعة المذيب ولزوجته وتناقص قطر القناة. تم تحليل نتائج أنماط التدفق على أساس الأرقام النسبية، كذلك تم تعريف عامل احتكاك جديد مبني على أساس التغير في الضغط المتجانس باستخدام النتائج التجريبية، وأدى ذلك إلى تحسين كفاءة تنبؤات نتائج الضغط. كجزء من الدراسة، تم استخدام ديناميكا الموائع الحسابية (CFD) باستخدام تقنية حجم السائل (VOF)، وتم التحقق من صحة النتائج باستخدام البيانات التجريبية، حيث كشفت النتائج التجريبية والتحليلية تكوين أنماط التدفق التي لوحظت عمليًا. تضمن الجزء الثاني من العمل استخلاص المواد الكبريتية من الوقود السائل المحاكي، وهذه المواد هي الثيوفين (Thio) وثنائي بنزوثيوفين (DBT) باستخدام كلا المذيبين. تم استخدام برنامج إحصائي واختيار التصميم المركزي المركب (CCD) لدراسة تأثير العوامل الرئيسية والترابط فيما بينها على عملية الاستخلاص، مثل قطر القناة وطولها وسرعة الخلط والتركيز الحجمي. وُجد أن كفاءة الاستخلاص غير مستقرة مع التغير في سرعة المزيج، لكنها تزداد مع زيادة طول القناة الأنبوبية وتقليص قطرها، كما أنه لم يكن هناك تأثير يُذكر لشكل المقطع العرضي للأنبوب الصغير. بعد الاعتماد على هذه النتائج، تم تصميم جهاز استخلاص موسع يعتمد على تقنية زيادة عدد الأنابيب الصغيرة مع تثبيت قطرها من أجل زيادة الإنتاجية. وقد وفر التصميم المقترح نسبة استخلاص أفضل في طول قناة أقصر، حيث تحققت نسبة الإزالة العميقة لـ DBT من الوقود المحاكي إلى %98.38 باستخدام PEG 200 و %98.66 باستخدام DES بعد أربع مراحل استخلاص، بينما تحققت نسبة إزالة عالية من الوقود الحقيقي بعد ست مراحل. هذا العمل يعطي فهمًا واضحًا لسلوك المذيبات المختلفة من أجل الإزالة العميقة للكبريت من الوقود السائل في الأجهزة الصغيرة، كما أنه يتيح المجال للتركيز على عملية زيادة الإنتاجية من خلال زيادة عدد الأنابيب وجعل عملها أكثر كفاءة

كلمات الباحثين

Solution (chemistry) - Extraction (Chemistry) Nanotechnology Heat--Transmission Diesel fuels - Desulfurization - Solvents

إشراف وإعداد

الإشراف

Farouk S. Mjalli

الإعداد

Marwah Qasim Qaddoori Al-Azzawi

الاقتباسات الببليوغرافية