Εναλλακτική λύση με υπερήχους για την υδροαποθείωση

Τα διυλιστήρια πετρελαίου αντιμετωπίζουν αυξανόμενες προμήθειες θειούχου αργού πετρελαίου, του λεγόμενου αργού υψηλής περιεκτικότητας σε θείο, ενώ ταυτόχρονα οι περιβαλλοντικοί κανονισμοί ασκούν πίεση για χαμηλότερη περιεκτικότητα της βενζίνης σε θείο. Παράλληλα, το κόστος της συμβατικής υδροαποθείωσης (HDS) αυξάνεται λόγω του απαιτούμενου υδρογόνου. Η κατεργασία μέσω σπηλαίωσης με υπερήχους αποτελεί αποτελεσματική εναλλακτική μέθοδο για την απομάκρυνση του θείου από το αργό πετρέλαιο.

Τηρήστε τα πρότυπα περιεκτικότητας του πετρελαίου σε θείο με κατεργασία με υπερήχους

Τα ορυκτά καύσιμα περιέχουν ενώσεις θείου. Αυτές προκύπτουν από την αποδόμηση βιολογικής ύλης που περιέχει θείο κατά τον φυσικό σχηματισμό των ορυκτών καυσίμων.

Οχήματα, όπως αυτοκίνητα, αεροσκάφη και πλοία, ή μονάδες ηλεκτροπαραγωγής προκαλούν εκπομπές διοξειδίου του θείου (SO2) ως αποτέλεσμα της καύσης πετρελαϊκών καυσίμων. Το ίδιο το θείο – ακόμη και σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις – προκαλεί βλάβες στους καταλύτες ευγενών μετάλλων κατά τη μεταγενέστερη καταλυτική αναμόρφωση στα διυλιστήρια πετρελαίου. Οι πιο πρόσφατοι περιβαλλοντικοί κανονισμοί απαιτούν αποθείωση σε πολύ μεγάλο βάθος, ώστε να πληρούνται οι προδιαγραφές για το πετρέλαιο ντίζελ εξαιρετικά χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο (ULSD).
 

Εγκατάσταση συσκευών υπερήχων υψηλής ισχύος συνολικής ισχύος 192 kW για την αποθείωση αργών πετρελαίων

Βασικές πληροφορίες – Υδροαποθείωση (HDS)

Η υδροαποθείωση (HDS) είναι η καθιερωμένη καταλυτική διεργασία για την απομάκρυνση του θείου από τα πετρελαϊκά προϊόντα. Σε αυτή τη διεργασία, τα θειούχα κλάσματα του αργού πετρελαίου αναμειγνύονται με υδρογόνο και έναν καταλύτη, ώστε να αντιδράσουν προς σχηματισμό υδρόθειου. Συνήθως, ο καταλύτης αποτελείται από βάση αλουμίνας εμποτισμένη με κοβάλτιο και μολυβδαίνιο. Καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα των προμηθειών πετρελαίου σε θείο, απαιτούνται υψηλότερες πιέσεις και εναλλακτικοί καταλύτες για την αποθείωση. Οι δυσκατέργαστες αρωματικές ενώσεις θείου (π.χ. 4,6-διμεθυλοδιβενζοθειοφαίνιο) δεν μπορούν να απομακρυνθούν με υδροαποθείωση, λόγω της χαμηλής τους δραστικότητας.

Αποθείωση υποβοηθούμενη από υπερήχους

Μια εναλλακτική λύση για την υδροαποθείωση είναι η αποθείωση υποβοηθούμενη από υπερήχους. Η έκθεση υγρών σε υπερηχητικά κύματα υψηλής έντασης προκαλεί ακουστική σπηλαίωση. Πρόκειται για τον σχηματισμό και την επακόλουθη βίαιη κατάρρευση μικρών φυσαλίδων κενού (σπηλαίωσης). Τοπικά, από τη βίαιη κατάρρευση κάθε φυσαλίδας προκύπτουν ακραίες συνθήκες:

• Θερμοκρασία: έως 5000 Κέλβιν
• Πίεση: έως 2000 ατμόσφαιρες
• Πίδακες υγρού: έως 1000km/hr.

Τέτοιες συνθήκες προάγουν τη βελτίωση της επιφανειακής χημείας των καταλυτών μέσω ενισχυμένης μικροανάμειξης. Ειδικότερα, οι υψηλές τοπικές θερμοκρασίες μεταβάλλουν την κινητική των χημικών αντιδράσεων της διεργασίας αποθείωσης. Αυτό το φαινόμενο επιτρέπει τη χρήση εναλλακτικών – λιγότερο δαπανηρών – καταλυτών ή εναλλακτικής χημείας αποθείωσης. Οι Deshpande et al. (2004) διερευνούν ένα οξειδωτικό σύστημα αποτελούμενο από ανθρακικό νάτριο και υπεροξείδιο του υδρογόνου σε διφασικό σύστημα πετρελαίου ντίζελ και ακετονιτριλίου. Στο διφασικό σύστημα εφαρμόστηκε κατεργασία με υπερήχους. Η μελέτη πέτυχε μείωση της περιεκτικότητας σε DMDBT κατά περισσότερο από 90% στα δείγματα πετρελαίου ντίζελ.

Συσκευή υπερήχων υψηλών επιδόσεων για την αποθείωση αργού πετρελαίου

Η Hielscher είναι ο κορυφαίος προμηθευτής συσκευών υπερήχων υψηλής δυναμικότητας παγκοσμίως. Καθώς η Hielscher σχεδιάζει και κατασκευάζει επεξεργαστές υπερήχων υψηλών επιδόσεων με ισχύ έως 16kW ανά μεμονωμένη συσκευή, δεν υπάρχει όριο στο μέγεθος της εγκατάστασης ή στη δυναμικότητα επεξεργασίας. Συστοιχίες πολλών συστημάτων 16kW χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία μεγαλύτερων ογκομετρικών παροχών. Η βιομηχανική επεξεργασία καυσίμων δεν απαιτεί πολλή ενέργεια υπερήχων. Η πραγματική ενεργειακή απαίτηση μπορεί να προσδιοριστεί με μια επιτραπέζια συσκευή υπερήχων, όπως η UIP1000hdT. Όλα τα αποτελέσματα τέτοιων επιτραπέζιων δοκιμών μπορούν να μεταφερθούν σε μεγαλύτερη κλίμακα με απολύτως γραμμικό τρόπο, γεγονός που διευκολύνει την εφαρμογή της διεργασίας αποθείωσης με υπερήχους σε κλίμακα βιομηχανικής παραγωγής.

Εφόσον απαιτείται, διατίθενται συσκευές υπερήχων με πιστοποίηση ATEX (π.χ. UIP1000-Exd) για κατεργασία με υπερήχους σε επικίνδυνα περιβάλλοντα.

Κόστος κατεργασίας με υπερήχους

Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια αποτελεσματική τεχνολογία επεξεργασίας. Το κόστος επεξεργασίας με υπερήχους προκύπτει κυρίως από την επένδυση
σε συσκευές υπερήχων, τις δαπάνες ενέργειας και λοιπών παροχών και τη συντήρηση. Η εξαιρετική ενεργειακή απόδοση (βλ. διάγραμμα) των συσκευών υπερήχων της Hielscher συμβάλλει στη μείωση των δαπανών ενέργειας και λοιπών παροχών.

Βιβλιογραφία

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Οξείδωση του 4,6-διμεθυλοδιβενζοθειοφαινίου υποβοηθούμενη από υπερήχους και καταλυόμενη από βάση σε διφασικό σύστημα πετρελαίου ντίζελ–ακετονιτριλίου· στο: Energy Fuels, 19 (1), 28 –34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Μια νέα μέθοδος για την παραγωγή πετρελαίου ντίζελ εξαιρετικά χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο μέσω οξειδωτικής αποθείωσης υποβοηθούμενης από υπερήχους· στο: Fuel, Τόμος 82, Αριθμός 4, March 2003, σσ. 405–414(10), 2003.