Ultrazvučna alternativa hidrodesulfurizaciji

Rafinerije nafte suočavaju se sa sve većom ponudom sumporne sirove nafte, takozvane kisele sirove nafte (sour crude), dok istovremeno okolišni propisi vrše pritisak za nižim sadržajem sumpora u benzinu. Istovremeno, troškovi konvencionalne hidrodesulfurizacije (HDS) rastu zbog potrebnog vodika. Ultrazvučna kavitacijska obrada je efikasna alternativna metoda za uklanjanje sumpora iz sirove nafte.

Ispunjavanje standarda o sumporu u nafti pomoću sonikacije

Fosilna goriva sadrže jedinjenja sumpora. Ona nastaju razgradnjom biološke materije koja sadrži sumpor tokom prirodnog nastanka fosilnih goriva.

Vozila, kao što su automobili, avioni i pomorska plovila, ili elektrane uzrokuju emisije sumpor-dioksida (SO2) kao posljedicu sagorijevanja naftnih goriva. Isti sumpor – čak i u vrlo niskim koncentracijama – uzrokuje oštećenja katalizatora od plemenitih metala u nizvodnom katalitičkom reformiranju u rafinerijama nafte. Najnoviji okolišni propisi zahtijevaju vrlo duboku desulfurizaciju kako bi se ispunile specifikacije za dizel s ultraniskim sadržajem sumpora (ULSD).

Instalacija sonikatora velike snage ukupno 192 kW za desulfurizaciju sirovih nafti

Pozadina – hidrodesulfurizacija (HDS)

Hidrodesulfurizacija (HDS) je standardni katalitički proces za uklanjanje sumpora iz naftnih proizvoda. U ovom procesu se frakcije sirove nafte koje sadrže sumpor miješaju s vodikom i katalizatorom te reagiraju u sumporovodik. Katalizator se obično sastoji od baze od aluminijevog oksida impregnirane kobaltom i molibdenom. Kako zalihe nafte postaju sve kiselije, za desulfurizaciju su potrebni viši pritisci i alternativni katalizatori. Postojana aromatska jedinjenja sumpora (npr. 4,6-dimetildibenzotiofen) ne mogu se ukloniti hidrodesulfurizacijom zbog njihove niske reaktivnosti.

Ultrazvučno potpomognuta desulfurizacija

Alternativa hidrodesulfurizaciji je ultrazvučno potpomognuta desulfurizacija. Izlaganje tečnosti ultrazvučnim valovima visokog intenziteta uzrokuje akustičnu kavitaciju. To je nastanak i potom nasilni kolaps malih vakuumskih (kavitacijskih) mjehurića. Lokalno, ekstremni uslovi nastaju nasilnim kolapsom svakog mjehurića:

• Temperatura: do 5000 kelvina
• Pritisak: do 2000 atmosfera
• Tečni mlazevi: do 1000 km/h.

Takvi uslovi potiču bolju površinsku hemiju katalizatora poboljšanim mikromiješanjem. Posebno visoke lokalne temperature mijenjaju kinetiku hemijskih reakcija procesa desulfurizacije. Ovaj efekat omogućava upotrebu alternativnih – jeftinijih – katalizatora ili alternativne hemije desulfurizacije. Deshpande i sar. (2004) istražuju oksidacijski sistem sastavljen od natrijevog karbonata i vodikovog peroksida u dvofaznom sistemu dizela i acetonitrila. Na dvofazni sistem primijenjena je ultrazvučna obrada. Studijom je postignuto smanjenje sadržaja DMDBT-a za više od 90% u uzorcima dizela.

Sonikator visokih performansi za desulfurizaciju sirove nafte

Hielscher je vodeći svjetski dobavljač sonikatora velikog kapaciteta. Budući da Hielscher projektuje i proizvodi ultrazvučne procesore visokih performansi snage do 16kW po pojedinačnom uređaju, nema ograničenja u veličini postrojenja niti u kapacitetu obrade. Klasteri od nekoliko sistema od 16kW koriste se za obradu većih zapreminskih protoka. Industrijska obrada goriva ne zahtijeva mnogo ultrazvučne energije. Stvarna potreba za energijom može se odrediti pomoću stolnog sonikatora, kao što je UIP1000hdT. Svi rezultati takvih ispitivanja na stolnim uređajima mogu se skalirati potpuno linearno, što olakšava primjenu procesa ultrazvučne desulfurizacije u industrijskoj proizvodnoj razmjeri.

Ako je potrebno, za sonikaciju u opasnim okruženjima dostupni su ultrazvučni uređaji s ATEX certifikatom (npr. UIP1000-Exd).

Troškovi ultrazvučne obrade

Ultrazvučna obrada je efikasna tehnologija obrade. Troškovi ultrazvučne obrade nastaju uglavnom zbog ulaganja
u ultrazvučne uređaje, komunalnih troškova i održavanja. Izvanredna energetska efikasnost (vidi dijagram) Hielscher ultrazvučnih uređaja pomaže u smanjenju komunalnih troškova.

Literatura

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Ultrazvukom potpomognuta, bazno katalizirana oksidacija 4,6-dimetildibenzotiofena u dvofaznom sistemu dizel–acetonitril; u: Energy Fuels, 19 (1), 28 -34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Nova metoda za dobivanje dizelskog goriva s ultraniskim sadržajem sumpora ultrazvučno potpomognutom oksidativnom desulfurizacijom; u: Fuel, Volume 82, Number 4, March 2003, pp. 405-414(10), 2003.