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Background
원유 (crude oil)는 석유의 원료이며, 원유 내 황은 sulfides, thiols, thiophenes, substituted benzo- and
dibenzothiophenes, benzonaphthothiophene 등의
형태로 존재한다. 원유의 최대 5%를 차지하는 황은
석유 정제 공정 효율을 낮추고, 품질을 저하시키고,
환경오염의 원인 물질로서 산화 탈황법 (oxidative
desulfurization)과 같은 공정을 통해 제거되어야 한다.
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산화 탈황법은 원유 내 황을 산화하여 극성의 황산화물 및 설폰 (sulfones)으로 전환한 후 이를
선택적 흡착을 통해 제거하는 방법이다. 그런데 이때 첨가되는 산화제, 촉매제, 상전이제
(예: hydrogen peroxide solution in water, formic and/or acetic acid, quaternary ammonium) 가
모두 수용성이기 때문에 원유와 쉽게 혼합되지 않는다는 한계가 있다.
Ultrasound-Assisted Oxidative Desulfurization
원유의 산화 탈황 시 초음파 cavitation 에너지는 화학 반응 속도를 효과적으로 촉진시킬 수 있다.
그 이유는 probe의 끝에서 발생한 미세 진공 (micro cavity) bubbles에 의해 순간적인 극한에너지
(약 5,000 K의 온도 및 약 1,000 기압의 압력)가 적용되며, 에너지가 적용된 결과 에멀전 droplet의
크기가 나노화 (나노에멀전) 되어 표면적이 증가하기 때문이다.
이같이 화학 반응 속도를 효과적으로 촉진시킬 수 있음에도 불구하고 일반적으로 초음파 기기는
cavitation 에너지 적용이 국소부위로 한정되어 있고, 대용량처리를 위해 probe의 처리면적을
증가시키면 amplitude가 감소되어 실험용 기기에서 확인한 결과를 대용량의 산업용 기기에서
얻을 수 없어서 산업적으로 사용되지 못하고 있다.
만약 probe의 처리 면적을 증가시키더라도 amplitude가 유지된다면 가장 효과적이고 효율적인
탈황 공정이 될 것이다.
Why High Intensity Probe?
BSP-1200 및 ISP-3000 고출력 probe (high intensity probe)는 앞서 설명한 probe 처리 면적
증가에 대한 amplitude 감소가 없는 유일한 초음파 분산기기로서 실제 원유 산업에서 대용량
탈황 공정에 사용한 경험이 있다.
고출력 probe를 사용한 결과 기존의 방식과 비교하여 barrel 당 생산량이 증가하였고, 따로
상전이제를 첨가하지 않아도 될 만큼 충분한 분산 에너지가 제공된 것을 확인하였다.
※ 종합 : BSP-1200 및 ISP-3000 고출력 probe (high intensity probe)는 원유 탈황 공정에
실제 적용 사례가 있는 대용량 초음파 처리가 가능한 유일한 기기이다.
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