Ultrazvuková alternativa k hydrodesulfuraci

Ropné rafinerie čelí rostoucím dodávkám sirnaté ropy, tzv. kyselé ropy (sour crude), zatímco environmentální předpisy zároveň tlačí na nižší obsah síry v benzinu. Současně rostou náklady na konvenční hydrodesulfuraci (HDS) kvůli potřebnému vodíku. Ultrazvuková kavitační úprava je účinnou alternativní metodou odstraňování síry z ropy.

Splňte normy pro obsah síry v ropě pomocí sonikace

Fosilní paliva obsahují sloučeniny síry. Ty vznikají rozkladem biologického materiálu obsahujícího síru během přirozeného vzniku fosilních paliv.

Vozidla, jako jsou automobily, letadla a lodě, nebo elektrárny způsobují emise oxidu siřičitého (SO2) v důsledku spalování ropných paliv. Tatáž síra – i ve velmi nízkých koncentracích – poškozuje katalyzátory z drahých kovů při následném katalytickém reformingu v ropných rafineriích. Nejnovější environmentální předpisy vyžadují velmi hluboké odsíření, aby byly splněny specifikace pro motorovou naftu s ultranízkým obsahem síry (ULSD).

Instalace vysoce výkonných sonikátorů o výkonu 192 kW pro odsiřování ropy

Pozadí – hydrodesulfurace (HDS)

Hydrodesulfurace (HDS) je standardní katalytický proces odstraňování síry z ropných produktů. Při tomto procesu se sirné frakce ropy smísí s vodíkem a katalyzátorem, přičemž reagují na sirovodík. Katalyzátor se obvykle skládá z nosiče z oxidu hlinitého impregnovaného kobaltem a molybdenem. Jak se dodávky ropy stávají kyselejšími, jsou pro odsiřování zapotřebí vyšší tlaky a alternativní katalyzátory. Odolné aromatické sloučeniny síry (např. 4,6-dimethyldibenzothiophene) nelze kvůli jejich nízké reaktivitě odstranit pomocí hydrodesulfurace.

Ultrazvukem podporované odsiřování

Alternativou k hydrodesulfuraci je ultrazvukem podporované odsiřování. Vystavení kapalin ultrazvukovým vlnám vysoké intenzity vyvolává akustickou kavitaci. Jde o vznik a následný prudký kolaps malých vakuových (kavitačních) bublin. Prudkým kolapsem každé bubliny vznikají lokálně extrémní podmínky:

• Teplota: až 5000 kelvinů
• Tlak: až 2000 atmosfér
• Kapalinové proudy: až 1000km/hr.

Takové podmínky podporují lepší povrchovou chemii katalyzátorů díky intenzivnějšímu mikromísení. Zejména vysoké lokální teploty mění kinetiku chemických reakcí procesu odsiřování. Tento efekt umožňuje použít alternativní – levnější – katalyzátory nebo alternativní chemii odsiřování. Deshpande et al. (2004) zkoumají oxidační systém složený z uhličitanu sodného a peroxidu vodíku ve dvoufázovém systému motorové nafty a acetonitrilu. Na dvoufázový systém byla aplikována sonikace. Studie dosáhla snížení obsahu DMDBT ve vzorcích motorové nafty o více než 90 %.

Vysoce výkonný sonikátor pro odsiřování ropy

Hielscher je předním světovým dodavatelem vysokokapacitních sonikátorů. Jelikož Hielscher navrhuje a vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové procesory s výkonem až 16kW na jedno zařízení, neexistuje žádné omezení velikosti závodu ani zpracovatelské kapacity. Ke zpracování větších objemových toků se používají clustery několika 16kW systémů. Průmyslové zpracování paliv nevyžaduje mnoho ultrazvukové energie. Skutečnou energetickou potřebu lze určit pomocí stolního sonikátoru, jako je UIP1000hdT. Všechny výsledky z takových stolních zkoušek lze zcela lineárně převést do většího měřítka, což usnadňuje zavedení ultrazvukového procesu odsiřování v průmyslovém výrobním měřítku.

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

Náklady na sonikaci

Sonikace je účinná technologie zpracování. Náklady na ultrazvukové zpracování vyplývají především z investic
do ultrazvukových zařízení, nákladů na energie a média a z údržby. Vynikající energetická účinnost (viz graf) ultrazvukových zařízení Hielscher pomáhá snižovat náklady na energie a média.

Literatura

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

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): A new method for obtaining ultra-low sulfur diesel fuel via ultrasound assisted oxidative desulfurization; v: Fuel, Volume 82, Number 4, March 2003, pp. 405-414(10), 2003.