Alternativa ultrasónica a la hidrodesulfuración

Las refinerías de petróleo reciben suministros cada vez mayores de crudo con alto contenido de azufre, denominado crudo agrio, mientras que las normativas medioambientales exigen reducir el contenido de azufre de la gasolina. Al mismo tiempo, los costes de la hidrodesulfuración convencional (HDS) aumentan debido al hidrógeno necesario. El tratamiento mediante cavitación ultrasónica es un método alternativo eficaz para eliminar el azufre del petróleo crudo.

Cumpla las normas sobre el contenido de azufre en el petróleo mediante sonicación

Los combustibles fósiles contienen compuestos de azufre. Estos se originan por la degradación de materia biológica que contiene azufre durante la formación natural de los combustibles fósiles.

Los vehículos, como automóviles, aeronaves y buques, así como las centrales eléctricas, generan emisiones de dióxido de azufre (SO2) como resultado de la combustión de combustibles derivados del petróleo. Ese mismo azufre –incluso en concentraciones muy bajas– daña los catalizadores de metales nobles utilizados en las etapas posteriores de reformado catalítico en las refinerías de petróleo. Las normativas medioambientales más recientes exigen una desulfuración muy profunda para cumplir las especificaciones del diésel de contenido ultrabajo de azufre (ULSD).
 

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

Antecedentes – Hidrodesulfuración (HDS)

La hidrodesulfuración (HDS) es el proceso catalítico estándar para eliminar el azufre de los productos derivados del petróleo. En este proceso, las fracciones del petróleo crudo que contienen azufre se mezclan con hidrógeno y un catalizador para que reaccionen y formen sulfuro de hidrógeno. Normalmente, el catalizador consiste en un soporte de alúmina impregnado con cobalto y molibdeno. A medida que aumenta el contenido de azufre del petróleo suministrado, se requieren presiones más altas y catalizadores alternativos para la desulfuración. Los compuestos aromáticos de azufre resistentes al tratamiento (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. Esta consiste en la formación y el posterior colapso violento de pequeñas burbujas de vacío (cavitación). El colapso violento de cada burbuja genera condiciones extremas a escala local:

• Temperatura: hasta 5000 Kelvin
• Presión: hasta 2000 atmósferas
• Chorros de líquido: hasta 1000 km/hr.

Estas condiciones favorecen la química superficial de los catalizadores mediante una micromezcla mejorada. En particular, las altas temperaturas locales modifican la cinética de las reacciones químicas del proceso de desulfuración. Este efecto permite utilizar catalizadores alternativos –menos costosos– o vías químicas alternativas de desulfuración. Deshpande et al. (2004) investigan un sistema oxidativo compuesto por carbonato de sodio y peróxido de hidrógeno en un sistema bifásico de diésel y acetonitrilo. Se aplicó ultrasonicación al sistema bifásico. El estudio logró reducir el contenido de DMDBT en más del 90% en las muestras de diésel.

Sonicador de alto rendimiento para la desulfuración del crudo

Hielscher es el proveedor líder mundial de sonicadores de alta capacidad. Dado que Hielscher diseña y fabrica procesadores ultrasónicos de alto rendimiento con una potencia de hasta 16 kW por equipo, no hay límites en cuanto al tamaño de la planta o la capacidad de procesamiento. Se utilizan conjuntos de varios sistemas de 16 kW para procesar caudales volumétricos mayores. El procesamiento industrial de combustibles no requiere mucha energía ultrasónica. La demanda real de energía puede determinarse con un sonicador de sobremesa como el UIP1000hdT. Todos los resultados de estos ensayos de sobremesa pueden escalarse de forma completamente lineal, lo que facilita la implantación del proceso de desulfuración ultrasónica a escala de producción industrial.

Si es 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 procesamiento ultrasónico se deben principalmente a la inversión
en equipos ultrasónicos, los costes de los suministros y el mantenimiento. La excelente eficiencia energética (véase el gráfico) de los equipos ultrasónicos de Hielscher ayuda a reducir los costes de los suministros.

Bibliografía

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; in: 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.