Ultraheli alternatiiv hüdrodesulfureerimisele

Naftatöötlemistehased seisavad silmitsi väävlirikka toornafta, nn happelise toornafta (sour crude), kasvava pakkumisega, samal ajal kui keskkonnanõuded survestavad bensiini väävlisisaldust vähendama. Samaaegselt kasvavad tavapärase hüdrodesulfureerimise (HDS) kulud vajaliku vesiniku tõttu. Ultraheli kavitatsioonitöötlus on tõhus alternatiivne meetod väävli eemaldamiseks toornaftast.

Täitke naftas väävlistandardid ultraheli töötlusega (sonikeerimisega)

Fossiilkütused sisaldavad väävliühendeid. Need tekivad väävlit sisaldava bioloogilise aine lagunemisel fossiilkütuste looduslikul tekkimisel.

Sõidukid, näiteks autod, õhusõidukid ja laevad, ning elektrijaamad põhjustavad naftakütuse põlemise tulemusena vääveldioksiidi (SO2) heitmeid. Sama väävel – isegi väga madalatel kontsentratsioonidel – kahjustab väärismetallkatalüsaatoreid naftatöötlemistehaste järgnevas katalüütilises reformimises. Uusimad keskkonnanõuded eeldavad väga sügavat desulfureerimist, et vastata ülimadala väävlisisaldusega diislikütuse (ULSD) spetsifikatsioonidele.

192 kW suure võimsusega sonikaatoritega paigaldis toornafta desulfureerimiseks

Taust – hüdrodesulfureerimine (HDS)

Hüdrodesulfureerimine (HDS) on standardne katalüütiline protsess väävli eemaldamiseks naftasaadustest. Selles protsessis segatakse toornafta väävlirikkad fraktsioonid vesiniku ja katalüsaatoriga, et need reageeriksid vesiniksulfiidiks. Tavaliselt koosneb katalüsaator alumiiniumoksiidalusest, mis on immutatud koobalti ja molübdeeniga. Kuna naftavarud muutuvad happelisemaks (väävlirikkamaks), on desulfureerimiseks vaja kõrgemaid rõhke ja alternatiivseid katalüsaatoreid. Püsivaid aromaatseid väävliühendeid (nt 4,6-dimetüüldibensotiofeen) ei saa nende madala reaktsioonivõime tõttu hüdrodesulfureerimisega eemaldada.

Ultraheli abil toetatud desulfureerimine

Hüdrodesulfureerimise alternatiiv on ultraheli abil toetatud desulfureerimine. Vedelike kokkupuude suure intensiivsusega ultrahelilainetega tekitab akustilist kavitatsiooni. See on väikeste vaakumi (kavitatsiooni) mullide teke ja sellele järgnev vägivaldne kollapseerumine. Iga mulli vägivaldsel kollapseerumisel tekivad lokaalselt äärmuslikud tingimused:

• Temperatuur: kuni 5000 kelvinit
• Rõhk: kuni 2000 atmosfääri
• Vedelikujoad: kuni 1000km/h.

Sellised tingimused soodustavad katalüsaatorite paremat pinnakeemiat tõhustatud mikrosegamise kaudu. Eriti kõrged lokaalsed temperatuurid muudavad desulfureerimisprotsessi keemiliste reaktsioonide kineetikat. See võimaldab kasutada alternatiivseid – odavamaid – katalüsaatoreid või alternatiivset desulfureerimiskeemiat. Deshpande et al. (2004) uurib oksüdeerivat süsteemi, mis koosneb naatriumkarbonaadist ja vesinikperoksiidist diislikütuse ja atsetonitriili kaksfaasilises süsteemis. Kaksfaasilist süsteemi töödeldi ultrahelega. Uuringus saavutati DMDBT sisalduse vähenemine diislikütuse proovides enam kui 90%.

Suure jõudlusega sonikaator toornafta desulfureerimiseks

Hielscher on maailmas juhtiv suure jõudlusega sonikaatorite tarnija. Kuna Hielscher projekteerib ja valmistab suure jõudlusega ultraheliprotsessoreid võimsusega kuni 16kW ühe seadme kohta, ei ole tehase suurusel ega töötlusvõimsusel piiranguid. Mitmest 16kW süsteemist koosnevaid klastreid kasutatakse suuremate vooluhulkade töötlemiseks. Tööstuslik kütuse töötlemine ei vaja palju ultraheli energiat. Tegelikku energiavajadust saab määrata laua-sonikaatoriga, näiteks UIP1000hdT. Kõiki selliste laua-katsete tulemusi saab skaleerida täiesti lineaarselt, mis hõlbustab ultraheli desulfureerimisprotsessi rakendamist tööstuslikus tootmismahus.

Vajadusel on ohtlikes keskkondades sonikeerimiseks saadaval ATEX-sertifitseeritud ultrahelitöötlusseadmed (nt UIP1000-Exd).

Ultraheli töötluse kulud

Ultraheli töötlus on tõhus töötlustehnoloogia. Ultraheli töötluse kulud tulenevad peamiselt investeeringust
ultraheliseadmetesse, kommunaalkuludest ja hooldusest. Silmapaistev energiatõhusus (vt diagramm) aitab Hielscher ultraheliseadmetel kommunaalkulusid vähendada.

Kirjandus

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Ultraheli abil 4,6-dimetüüldibensotiofeeni aluskatalüüsitud oksüdatsioon kahefaasilises diisli-atsetonitriili süsteemis; in: Energy Fuels, 19 (1), 28 -34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Uus meetod ülimadala väävlisisaldusega diislikütuse saamiseks ultraheli abil oksüdatiivset desulfureerimist; in: Kütus, köide 82, nr 4, märts 2003, lk 405-414(10), 2003.