Alternativa ultrasónica a la hidrodesulfuración
Las refinerías de petróleo se enfrentan a un suministro cada vez mayor de crudo sulfuroso, el llamado crudo agrio, al tiempo que la normativa medioambiental presiona para que se reduzca el contenido de azufre de la gasolina. Simultáneamente, los costes de la hidrodesulfuración convencional (HDS) aumentan debido al hidrógeno necesario. El tratamiento por cavitación ultrasónica es un método alternativo eficaz para eliminar el azufre del crudo.
Cumplir las normas sobre azufre en el petróleo con la sonicación
Los combustibles fósiles contienen compuestos de azufre. Éstos resultan de la degradación de materia biológica que contiene azufre durante la formación natural de los combustibles fósiles.
Los vehículos, como los coches, los aviones y los buques o las centrales eléctricas, provocan emisiones de dióxido de azufre (SO2) como resultado de la combustión de combustibles derivados del petróleo. El mismo azufre – incluso en concentraciones muy bajas – provoca daños en los catalizadores de metales nobles en el reformado catalítico posterior de las refinerías de petróleo. Las últimas normativas medioambientales exigen una desulfuración muy profunda para cumplir las especificaciones del diésel ultra bajo en azufre (ULSD).

UIP16000hdT: un sonicador de alto rendimiento con una potencia de ultrasonidos de 16.000 vatios para la desulfuración del crudo
Antecedentes – Hidrodesulfuración (HDS)
Hidrodesulfuración (HDS) es el proceso catalítico estándar para la eliminación del azufre de los productos petrolíferos. En este proceso, las fracciones sulfurosas del petróleo crudo se mezclan con hidrógeno y un catalizador para reaccionar a sulfuro de hidrógeno. Normalmente, el catalizador consiste en una base de alúmina impregnada de cobalto y molibdeno. A medida que los suministros de petróleo se vuelven más agrios, se requieren presiones más altas y catalizadores alternativos para la desulfuración. Los compuestos aromáticos de azufre recalcitrantes (por ejemplo, el 4,6-dimetildibenzotiofeno) no pueden eliminarse mediante hidrodesulfuración, debido a su baja reactividad.
desulfuración asistida por ultrasonidos
Una alternativa a la hidrodesulfuración es la desulfuración asistida por ultrasonidos. La exposición de líquidos a ondas ultrasónicas de alta intensidad provoca cavitación acústica. Se trata de la formación y posterior colapso violento de pequeñas burbujas de vacío (cavitación). Localmente, se producen condiciones extremas debido al colapso violento de cada burbuja:
- Temperatura: hasta 5000 Kelvin
- Presión: hasta 2000 Atmósferas
- Chorros de líquido: hasta 1000 km/h.
Tales condiciones promueven una mejor química superficial de los catalizadores al mejorar la micromezcla. En particular, las altas temperaturas locales modifican la cinética de reacción química del proceso de desulfuración. Este efecto permite – menos costoso – catalizadores o química de desulfuración alternativa a utilizar. Deshpande et al. (2004) investigan un sistema oxidativo compuesto por carbonato sódico y peróxido de hidrógeno en un sistema bifásico de gasóleo y acetonitrilo. Se aplicó ultrasonido al sistema bifásico. El estudio logró una reducción del contenido de DMDBT de más del 90% en las muestras de gasóleo.
Sonicator de alto rendimiento para la desulfuración de crudo
Hielscher es el proveedor líder mundial de sonicadores de alta capacidad. Dado que Hielscher diseña y fabrica procesadores ultrasónicos de alto rendimiento de hasta 16 kW de potencia por aparato, no hay límite en el tamaño de la planta ni en la capacidad de procesamiento. Se están utilizando grupos de varios sistemas de 16 kW para procesar flujos de gran volumen. El procesamiento industrial de combustible no necesita mucha energía ultrasónica. La necesidad real de energía puede determinarse utilizando un sonicador de sobremesa como el UIP1000hdT. Todos los resultados de estas pruebas de banco pueden ampliarse de forma completamente lineal, lo que facilita la aplicación del proceso de desulfuración por ultrasonidos a escala de producción industrial.
En caso necesario, se dispone de ultrasonicadores con certificación ATEX (por ejemplo, UIP1000-Exd) para la sonicación en entornos peligrosos.
Costes de la ultrasonicación
La ultrasonicación es una tecnología de procesamiento eficaz. Los costes del procesado por ultrasonidos se derivan principalmente de la inversión
para dispositivos ultrasónicos, costes de servicios públicos y mantenimiento. La extraordinaria eficiencia energética (véase gráfico) de los dispositivos ultrasónicos de Hielscher contribuye a reducir los costes de los servicios públicos.
Referencias
Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Oxidación catalizada por bases y asistida por ultrasonidos de 4,6-dimetildibenzotiofeno en un sistema bifásico de diesel-acetonitrilo; en: 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; en: Fuel, volumen 82, número 4, marzo de 2003, pp. 405-414(10), 2003.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.