Ultrazvuková alternativa k hydrodesulfurizaci

Ropné rafinerie se potýkají se zvyšujícími se dodávkami sirné ropy, tzv. kyselé ropy, a zároveň s tlakem ekologických předpisů na nižší obsah síry v benzínu. Současně rostou náklady na konvenční hydrodesulfurizaci (HDS) kvůli potřebnému vodíku. Ultrazvuková kavitační léčba je účinnou alternativní metodou k odstranění síry ze surové ropy.

Splňte normy síry v oleji se sonikací

Fosilní paliva obsahují sloučeniny síry. Ty jsou důsledkem degradace biologické hmoty obsahující síru během přirozené tvorby fosilních paliv.

Vozidla, jako jsou automobily, letadla a námořní plavidla nebo elektrárny, způsobují emise oxidu siřičitého (SO2) v důsledku spalování ropných paliv. Stejná síra – i ve velmi nízkých koncentracích – způsobuje poškození katalyzátorů ušlechtilých kovů při následném katalytickém reformingu v ropných rafinériích. Nejnovější předpisy týkající se životního prostředí vyžadují velmi hluboké odsíření, aby byly splněny specifikace nafty s ultranízkým obsahem síry (ULSD).
 

Instalace s 192 kW vysoce výkonných sonikátorů pro odsiřování ropy

Pozadí – Hydrodesulfurizace (HDS)

Hydrodesulfurizace (HDS) je standardní katalytický proces pro odstraňování síry z ropných produktů. V tomto procesu se sirné frakce ropy smíchají s vodíkem a katalyzátorem, který reaguje na sirovodík. Katalyzátor se obvykle skládá z bázi oxidu hlinitého impregnované kobaltem a molybdenem. Vzhledem k tomu, že zásoby oleje jsou stále kyselejší, jsou pro odsíření zapotřebí vyšší tlaky a alternativní katalyzátory. Nepoddajné aromatické sloučeniny síry (např. 4,6-dimethyldibenzothiofen) nelze odstranit hydrodesulfurizací kvůli jejich nízké reaktivitě.

ultrazvukem asistované odsíření

Alternativou k hydrodesulfurizaci je ultrazvukem asistované odsíření. Vystavení kapalin ultrazvukovým vlnám vysoké intenzity způsobuje akustickou kavitaci. Jedná se o vznik a následné prudké zhroucení malých vakuových (kavitačních) bublin. Lokálně extrémní podmínky vznikají z násilného splasknutí každé bubliny:

• Teplota: až 5000 Kelvinů
• Tlak: až 2000 atmosfér
• Kapalinové trysky: až 1000 km/h.

Takové podmínky podporují lepší povrchovou chemii katalyzátorů díky zvýšenému mikromíchání. Zejména vysoké místní teploty mění kinetiku chemických reakcí procesu odsíření. Tento efekt umožňuje alternativní – Levnější – katalyzátory nebo alternativní chemii odsíření. Deshpande et al. (2004) zkoumá oxidační systém složený z uhličitanu sodného a peroxidu vodíku v dvoufázovém systému nafty a acetonitrilu. Ultrazvuku byla aplikována na dvoufázový systém. Studie dosáhla snížení obsahu DMDBT ve vzorcích motorové nafty o více než 90 %.

Vysoce výkonný sonikátor pro odsíření ropy

Hielscher je předním dodavatelem vysokokapacitních sonikátorů po celém světě. Vzhledem k tomu, že Hielscher navrhuje a vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové procesory s výkonem až 16 kW na jedno zařízení, neexistuje žádné omezení velikosti zařízení nebo kapacity zpracování. Pro zpracování větších objemových průtoků se používají shluky několika 16kW systémů. Zpracování průmyslových paliv nepotřebuje mnoho ultrazvukové energie. Skutečnou potřebu energie lze určit pomocí stolního sonikátoru, jako je UIP1000hdT. Všechny výsledky z těchto stolních zkoušek lze škálovat zcela lineárně, což usnadňuje implementaci procesu ultrazvukového odsíření v průmyslovém výrobním měřítku.

V případě potřeby jsou pro sonikaci v nebezpečných prostředích k dispozici ultrasonicators s certifikací ATEX (např. UIP1000-Exd).

Náklady na ultrazvuku

Ultrazvuku je účinná technologie zpracování. Náklady na ultrazvukové zpracování vyplývají především z investice
u ultrazvukových zařízení, nákladů na energie a údržbu. Vynikající energetická účinnost (viz graf) ultrazvukových zařízení Hielscher pomáhá snižovat náklady na energie.

Literatura

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Ultrazvukem podporovaná, bází katalyzovaná oxidace 4,6-dimethyldibenzothiofenu v dvoufázovém diesel-acetonitrilovém systému; In: Energetická paliva, 19 (1), 28 -34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Nová metoda získávání motorové nafty s velmi nízkým obsahem síry pomocí ultrazvukem asistovaného oxidačního odsíření; in: Palivo, svazek 82, číslo 4, březen 2003, s. 405-414(10), 2003.