جایگزین فراصوتی برای گوگردزدایی هیدروژنی

پالایشگاه‌های نفت با افزایش عرضهٔ نفت خام گوگرددار، موسوم به نفت خام ترش، روبه‌رو هستند؛ هم‌زمان، مقررات زیست‌محیطی برای کاهش میزان گوگرد بنزین فشار وارد می‌کنند. در عین حال، هزینه‌های گوگردزدایی هیدروژنی متداول (HDS) به‌دلیل هیدروژن موردنیاز رو به افزایش است. تیمار با کاویتاسیون فراصوتی، روشی جایگزین و مؤثر برای حذف گوگرد از نفت خام است.

رعایت استانداردهای گوگرد در نفت با فراصوت‌دهی

سوخت‌های فسیلی حاوی ترکیبات گوگردی هستند. این ترکیبات در جریان تشکیل طبیعی سوخت‌های فسیلی، از تجزیهٔ مواد زیستی حاوی گوگرد به وجود می‌آیند.

وسایل نقلیه مانند خودروها، هواپیماها و شناورها، یا نیروگاه‌ها، در اثر احتراق سوخت‌های نفتی موجب انتشار دی‌اکسید گوگرد (SO2) می‌شوند. همین گوگرد – حتی در غلظت‌های بسیار پایین – به کاتالیست‌های فلزات نجیب در فرایند ریفرمینگ کاتالیستیِ پایین‌دست در پالایشگاه‌های نفت آسیب می‌رساند. جدیدترین مقررات زیست‌محیطی، برای دستیابی به مشخصات دیزل با گوگرد فوق‌العاده کم (ULSD)، گوگردزدایی بسیار عمیق را الزامی می‌کنند.
 

تأسیساتی مجهز به سونیکاتورهای پرتوان با توان 192 kW برای گوگردزدایی نفت‌های خام

پیش‌زمینه – گوگردزدایی هیدروژنی (HDS)

گوگردزدایی هیدروژنی (HDS) فرایند کاتالیستی استاندارد برای حذف گوگرد از فرآورده‌های نفتی است. در این فرایند، برش‌های گوگرددار نفت خام با هیدروژن و یک کاتالیست مخلوط می‌شوند تا طی واکنش، سولفید هیدروژن تشکیل شود. کاتالیست معمولاً از یک پایهٔ آلومینا آغشته به کبالت و مولیبدن تشکیل می‌شود. با ترش‌تر شدن نفت عرضه‌شده، برای گوگردزدایی به فشارهای بالاتر و کاتالیست‌های جایگزین نیاز است. ترکیبات گوگردی آروماتیک مقاوم به واکنش، مانند 4,6-دی‌متیل‌دی‌بنزوتیوفن، به‌دلیل واکنش‌پذیری پایین با گوگردزدایی هیدروژنی قابل حذف نیستند.

گوگردزدایی به کمک فراصوت

گوگردزدایی به کمک فراصوت، جایگزینی برای گوگردزدایی هیدروژنی است. قرار دادن مایعات در معرض امواج فراصوت با شدت بالا موجب کاویتاسیون آکوستیکی می‌شود. این پدیده شامل تشکیل حباب‌های کوچک خلأ (کاویتاسیون) و سپس فروپاشی شدید آن‌هاست. فروپاشی شدید هر حباب، به‌صورت موضعی شرایط حدی ایجاد می‌کند:

• دما: تا 5000 Kelvin
• فشار: تا 2000 Atmospheres
• جت‌های مایع: تا 1000km/hr.

این شرایط با تقویت ریزاختلاط، شیمی سطح کاتالیست‌ها را بهبود می‌بخشند. به‌ویژه، دماهای موضعی بالا سینتیک واکنش‌های شیمیایی فرایند گوگردزدایی را تغییر می‌دهند. این اثر، استفاده از کاتالیست‌های جایگزین – با هزینهٔ کمتر – یا مسیرهای شیمیایی جایگزین برای گوگردزدایی را امکان‌پذیر می‌کند. Deshpande et al. (2004) سامانه‌ای اکسایشی متشکل از کربنات سدیم و پراکسید هیدروژن را در یک سامانهٔ دوفازی دیزل و استونیتریل بررسی می‌کند. فراصوت‌دهی بر سامانهٔ دوفازی اعمال شد. این مطالعه به کاهش بیش از 90% در میزان DMDBT نمونه‌های دیزل دست یافت.

سونیکاتور پربازده برای گوگردزدایی نفت خام

Hielscher تأمین‌کنندهٔ پیشرو سونیکاتورهای با ظرفیت بالا در سراسر جهان است. از آنجا که Hielscher پردازشگرهای فراصوتی پربازده با توان حداکثر 16kW برای هر دستگاه طراحی و تولید می‌کند، محدودیتی در اندازهٔ تأسیسات یا ظرفیت پردازش وجود ندارد. برای پردازش جریان‌هایی با دبی حجمی بالاتر، از خوشه‌هایی متشکل از چند سامانهٔ 16kW استفاده می‌شود. پردازش صنعتی سوخت به انرژی فراصوتی زیادی نیاز ندارد. نیاز واقعی به انرژی را می‌توان با استفاده از یک سونیکاتور رومیزی مانند UIP1000hdT تعیین کرد. تمامی نتایج چنین آزمایش‌های رومیزی را می‌توان به‌صورت کاملاً خطی به مقیاس بالاتر انتقال داد؛ این امر اجرای فرایند گوگردزدایی فراصوتی در مقیاس تولید صنعتی را تسهیل می‌کند.

در صورت نیاز، دستگاه‌های فراصوت دارای گواهی ATEX، مانند UIP1000-Exd، برای فراصوت‌دهی در محیط‌های خطرناک موجود هستند.

هزینه‌های فراصوت‌دهی

فراصوت‌دهی یک فناوری مؤثر برای پردازش است. هزینه‌های پردازش فراصوتی عمدتاً شامل سرمایه‌گذاری برای دستگاه‌های فراصوت، هزینه‌های خدمات زیربنایی و نگهداری است. بازده انرژی بسیار بالا (رجوع کنید به نمودار) در دستگاه‌های فراصوت Hielscher به کاهش هزینه‌های خدمات زیربنایی کمک می‌کند.

منابع

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): اکسایش 4,6-دی‌متیل‌دی‌بنزوتیوفن با کاتالیز بازی و به کمک فراصوت در سامانهٔ دوفازی گازوئیل–استونیتریل; in: Energy Fuels, 19 (1), 28 -34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): روشی جدید برای به دست آوردن سوخت دیزل بسیار کم گوگرد از طریق گوگرد زدایی اکسیداتیو به کمک اولتراسوند. در: سوخت ، دوره 82 ، شماره 4 ، مارس 2003 ، صص 405-414 (10) ، 2003.