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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.

Hidrodesulfuración del gasóleoLos 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).
 

Instalación en racimo de potentes sonicadores para la desulfuración de petróleo crudo y petróleo de caldera

Instalación con 192 kW de sonicadores de alta potencia para la desulfuración de petróleos crudos

 

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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

(Haga clic para ampliar) La eficiencia energética total es importante para el procesamiento de líquidos por ultrasonidos. La eficiencia describe la cantidad de energía que se transfiere desde la toma de corriente hasta el líquido. Nuestros homogeneizadores ultrasónicos tienen una eficiencia global superior al 80 %.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.

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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.



Ultrasonidos de alto rendimiento La gama de productos Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonicador compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonidos totalmente industriales.

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

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