Ултразвукова алтернатива на хидродесулфуризацията

Нефтените рафинерии са изправени пред нарастващи доставки на съдържащ сяра суров нефт, т.нар. високосернист суров нефт, докато същевременно екологичните разпоредби налагат по-ниско съдържание на сяра в бензина. Едновременно с това разходите за конвенционална хидродесулфуризация (HDS) нарастват поради необходимия водород. Обработката чрез ултразвукова кавитация е ефективен алтернативен метод за отстраняване на сярата от суровия нефт.

Постигнете съответствие със стандартите за съдържание на сяра в нефта чрез ултразвукова обработка

Изкопаемите горива съдържат серни съединения. Те са резултат от разграждането на съдържаща сяра биологична материя при естественото образуване на изкопаемите горива.

Превозните средства, като автомобили, самолети и морски плавателни съдове, или електроцентралите отделят емисии на серен диоксид (SO2) в резултат на изгарянето на нефтени горива. Същата сяра – дори при много ниски концентрации – уврежда катализаторите от благородни метали при последващия каталитичен реформинг в нефтените рафинерии. Най-новите екологични разпоредби изискват много дълбока десулфуризация, за да се изпълнят спецификациите за дизелово гориво с ултраниско съдържание на сяра (ULSD).
 

Инсталация с мощни ултразвукови апарати с обща мощност 192 kW за десулфуризация на суров нефт

Основна информация – хидродесулфуризация (HDS)

Хидродесулфуризацията (HDS) е стандартният каталитичен процес за отстраняване на сярата от нефтопродуктите. При този процес съдържащите сяра фракции на суровия нефт се смесват с водород и катализатор, за да реагират и да образуват сероводород. Обикновено катализаторът се състои от основа от алуминиев оксид, импрегнирана с кобалт и молибден. С нарастването на съдържанието на сяра в доставяния нефт за десулфуризацията са необходими по-високи налягания и алтернативни катализатори. Трудно реагиращите ароматни серни съединения (напр. 4,6-dimethyldibenzothiophene) не могат да бъдат отстранени чрез хидродесулфуризация поради ниската си реактивност.

Десулфуризация, подпомагана с ултразвук

Алтернатива на хидродесулфуризацията е десулфуризацията, подпомагана с ултразвук. Подлагането на течности на ултразвукови вълни с висок интензитет предизвиква акустична кавитация. Това е образуването и последващото рязко колабиране на малки вакуумни (кавитационни) мехурчета. Локално възникват екстремни условия вследствие на рязкото колабиране на всяко мехурче:

• Температура: до 5000 келвина
• Налягане: до 2000 атмосфери
• Течни струи: до 1000km/hr.

Такива условия подобряват химичните процеси на повърхността на катализаторите чрез засилено микросмесване. По-специално високите локални температури променят кинетиката на химичните реакции в процеса на десулфуризация. Този ефект позволява използването на алтернативни – по-евтини – катализатори или алтернативни химични процеси за десулфуризация. Deshpande и съавт. (2004) изследват окислителна система, съставена от натриев карбонат и водороден пероксид, в двуфазна система от дизелово гориво и ацетонитрил. Към двуфазната система е приложена ултразвукова обработка. Изследването постига намаляване на съдържанието на DMDBT с повече от 90% в пробите от дизелово гориво.

Високопроизводителен ултразвуков апарат за десулфуризация на суров нефт

Hielscher е водещият доставчик на ултразвукови апарати с висок капацитет в световен мащаб. Тъй като Hielscher проектира и произвежда високопроизводителни ултразвукови процесори с мощност до 16kW за отделно устройство, няма ограничение за размера на инсталацията или капацитета за обработка. Групи от няколко системи с мощност 16kW се използват за обработка на потоци с по-голям обемен дебит. Промишлената обработка на горива не изисква много ултразвукова енергия. Действителната потребност от енергия може да се определи с помощта на настолен ултразвуков апарат, като UIP1000hdT. Всички резултати от такива изпитвания с настолни апарати могат да бъдат мащабирани напълно линейно, което улеснява внедряването на процеса на ултразвукова десулфуризация в мащаба на промишленото производство.

При необходимост се предлагат сертифицирани по ATEX ултразвукови апарати (напр. UIP1000-Exd) за ултразвукова обработка в опасни среди.

Разходи за ултразвукова обработка

Ултразвуковата обработка е ефективна технология за обработка. Разходите за ултразвукова обработка произтичат основно от инвестицията
в ултразвукови устройства, разходите за комунални услуги и поддръжката. Изключителната енергийна ефективност (вижте диаграмата) на ултразвуковите устройства на Hielscher спомага за намаляване на разходите за комунални услуги.

Литература

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Подпомагано с ултразвук, катализирано от основа окисление на 4,6-Dimethyldibenzothiophene в двуфазна система от дизелово гориво и ацетонитрил; в: Energy Fuels, 19 (1), 28 –34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Нов метод за получаване на дизелово гориво с ултраниско съдържание на сяра чрез окислителна десулфуризация, подпомагана с ултразвук; в: Fuel, том 82, брой 4, March 2003, стр. 405–414(10), 2003.