Ultralyd som alternativ til hydroafsvovling

Olieraffinaderier står over for stigende forsyninger af svovlholdig råolie, såkaldt sur råolie, samtidig med at miljøbestemmelser kræver et lavere svovlindhold i benzin. Samtidig stiger omkostningerne ved konventionel hydroafsvovling (HDS) på grund af den nødvendige brint. Behandling med ultralydskavitation er en effektiv alternativ metode til at fjerne svovl fra råolie.

Opfyld standarderne for svovlindhold i olie med sonikering

Fossile brændstoffer indeholder svovlforbindelser. Disse stammer fra nedbrydningen af svovlholdigt biologisk materiale under den naturlige dannelse af fossile brændstoffer.

Køretøjer såsom biler, fly og skibe eller kraftværker udleder svovldioxid (SO2) som følge af forbrænding af oliebaserede brændstoffer. Det samme svovl – selv i meget lave koncentrationer – beskadiger ædelmetalkatalysatorer i den efterfølgende katalytiske reformering på olieraffinaderier. De seneste miljøbestemmelser kræver en meget vidtgående afsvovling for at opfylde specifikationerne for diesel med ultralavt svovlindhold (ULSD).
 

Installation med 192 kW sonikatorer med høj effekt til afsvovling af råolier

Baggrund – hydroafsvovling (HDS)

Hydroafsvovling (HDS) er den gængse katalytiske proces til fjernelse af svovl fra olieprodukter. I denne proces blandes råoliens svovlholdige fraktioner med brint og en katalysator, så de reagerer og danner svovlbrinte. Katalysatoren består typisk af en aluminiumoxidbase imprægneret med kobolt og molybdæn. Efterhånden som olieforsyningerne bliver mere svovlholdige, kræver afsvovlingen højere tryk og alternative katalysatorer. Modstandsdygtige aromatiske svovlforbindelser (f.eks. 4,6-dimethyldibenzothiophene) kan ikke fjernes ved hydroafsvovling på grund af deres lave reaktivitet.

Ultralydsassisteret afsvovling

Et alternativ til hydroafsvovling er ultralydsassisteret afsvovling. Når væsker udsættes for ultralydsbølger med høj intensitet, opstår der akustisk kavitation. Dette er dannelsen og det efterfølgende voldsomme kollaps af små vakuumbobler (kavitationsbobler). Lokalt opstår der ekstreme forhold som følge af hver enkelt bobles voldsomme kollaps:

• Temperatur: op til 5000 kelvin
• Tryk: op til 2000 atmosfærer
• Væskestråler: op til 1000km/hr.

Sådanne forhold fremmer en bedre overfladekemi hos katalysatorer gennem forbedret mikroblanding. Især de høje lokale temperaturer ændrer afsvovlingsprocessens kemiske reaktionskinetik. Denne effekt gør det muligt at anvende alternative – billigere – katalysatorer eller alternativ afsvovlingskemi. Deshpande et al. (2004) undersøger et oxidativt system bestående af natriumcarbonat og hydrogenperoxid i et tofaset system af diesel og acetonitril. Det tofasede system blev behandlet med sonikering. Undersøgelsen opnåede en reduktion af DMDBT-indholdet på mere end 90% i dieselprøverne.

Højtydende sonikator til afsvovling af råolie

Hielscher er verdens førende leverandør af sonikatorer med høj kapacitet. Da Hielscher udvikler og fremstiller højtydende ultralydsprocessorer med en effekt på op til 16kW pr. enhed, er der ingen grænse for anlægsstørrelse eller behandlingskapacitet. Klynger af flere 16kW-systemer anvendes til behandling af større volumenstrømme. Industriel behandling af brændstoffer kræver ikke meget ultralydsenergi. Det faktiske energibehov kan bestemmes ved hjælp af en sonikator til bordopstilling såsom UIP1000hdT. Alle resultater fra sådanne forsøg med bordmodeller kan opskaleres fuldstændig lineært, hvilket gør det lettere at implementere ultralydsafsvovlingsprocessen i industriel produktionsskala.

Om nødvendigt fås ATEX-certificerede ultralydsapparater (f.eks. UIP1000-Exd) til sonikering i farlige miljøer.

Omkostninger ved sonikering

Sonikering er en effektiv behandlingsteknologi. Omkostningerne ved ultralydsbehandling skyldes primært investeringen
i ultralydsapparater, energi- og forsyningsomkostninger samt vedligeholdelse. Den fremragende energieffektivitet (se diagram) hos ultralydsapparater fra Hielscher bidrager til at reducere energi- og forsyningsomkostningerne.

Litteratur

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Ultralydsassisteret, basekatalyseret oxidation af 4,6-Di­methyl­di­ben­zothio­phene i et tofaset diesel-acetonitril-system; i: Energy Fuels, 19 (1), 28–34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): En ny metode til fremstilling af dieselbrændstof med ultralavt svovlindhold ved ultralydsassisteret oxidativ afsvovling; i: Fuel, bind 82, nummer 4, March 2003, s. 405–414(10), 2003.