Ultraääni vaihtoehtona vetyrikinpoistolle

Öljynjalostamoille toimitetaan yhä enemmän rikkipitoista raakaöljyä, niin sanottua hapanta raakaöljyä, samalla kun ympäristömääräykset edellyttävät bensiinin rikkipitoisuuden alentamista. Samanaikaisesti perinteisen vetyrikinpoiston (HDS) kustannukset nousevat tarvittavan vedyn vuoksi. Ultraäänikavitaatiokäsittely on tehokas vaihtoehtoinen menetelmä rikin poistamiseen raakaöljystä.

Täytä öljyn rikkipitoisuusvaatimukset ultraäänikäsittelyllä

Fossiiliset polttoaineet sisältävät rikkiyhdisteitä. Ne syntyvät rikkipitoisen biologisen aineksen hajotessa fossiilisten polttoaineiden luonnollisen muodostumisen aikana.

Ajoneuvot, kuten autot, lentokoneet ja alukset, sekä voimalaitokset aiheuttavat rikkidioksidipäästöjä (SO2) öljypohjaisten polttoaineiden palamisen seurauksena. Sama rikki – jopa hyvin pieninä pitoisuuksina – vaurioittaa jalometallikatalyyttejä öljynjalostamojen myöhemmässä katalyyttisessä reformoinnissa. Uusimmat ympäristömääräykset edellyttävät erittäin perusteellista rikinpoistoa, jotta erittäin vähärikkisen dieselpolttoaineen (ULSD) vaatimukset täyttyvät.
 

Raakaöljyjen rikinpoistoon tarkoitettu suuritehoisten ultraäänilaitteiden laitteisto, jonka teho on 192 kW

Taustaa – vetyrikinpoisto (HDS)

Vetyrikinpoisto (HDS) on tavanomainen katalyyttinen prosessi rikin poistamiseen öljytuotteista. Tässä prosessissa raakaöljyn rikkipitoiset jakeet sekoitetaan vedyn ja katalyytin kanssa, jolloin rikki reagoi rikkivedyksi. Katalyytti koostuu tyypillisesti alumiinioksidipohjasta, joka on kyllästetty koboltilla ja molybdeenillä. Toimitettavan öljyn rikkipitoisuuden kasvaessa rikinpoistoon tarvitaan korkeampia paineita ja vaihtoehtoisia katalyyttejä. Vaikeasti reagoivia aromaattisia rikkiyhdisteitä (esim. 4,6-dimetyylidibentsotiofeeni) ei voida poistaa vetyrikinpoistolla niiden alhaisen reaktiivisuuden vuoksi.

Ultraääniavusteinen rikinpoisto

Vaihtoehto vetyrikinpoistolle on ultraääniavusteinen rikinpoisto. Nesteiden altistaminen voimakkaille ultraääniaalloille aiheuttaa akustista kavitaatiota. Siinä muodostuu pieniä tyhjiökuplia (kavitaatiokuplia), jotka sen jälkeen luhistuvat rajusti. Jokaisen kuplan raju luhistuminen synnyttää paikallisesti äärimmäisiä olosuhteita:

• Lämpötila: jopa 5000 kelviniä
• Paine: jopa 2000 ilmakehää
• Nestesuihkut: jopa 1000km/hr.

Tällaiset olosuhteet parantavat katalyyttien pintakemiaa tehostuneen mikrosekoittumisen ansiosta. Erityisesti korkeat paikalliset lämpötilat muuttavat rikinpoistoprosessin kemiallisten reaktioiden kinetiikkaa. Tämä vaikutus mahdollistaa vaihtoehtoisten – edullisempien – katalyyttien tai vaihtoehtoisen rikinpoistokemian käytön. Deshpande ym. (2004) tutkivat hapettavaa järjestelmää, joka koostuu natriumkarbonaatista ja vetyperoksidista dieselin ja asetonitriilin kaksifaasisessa järjestelmässä. Kaksifaasista järjestelmää käsiteltiin ultraäänellä. Tutkimuksessa dieselnäytteiden DMDBT-pitoisuus väheni yli 90 %.

Erittäin suorituskykyinen ultraäänilaite raakaöljyn rikinpoistoon

Hielscher on maailman johtava suuren käsittelykapasiteetin ultraäänilaitteiden toimittaja. Koska Hielscher suunnittelee ja valmistaa erittäin suorituskykyisiä ultraääniprosessoreita, joiden teho on jopa 16 kW laitetta kohti, laitoksen koolla tai käsittelykapasiteetilla ei ole ylärajaa. Useista 16 kW:n järjestelmistä koostuvia ryhmiä käytetään suurempien tilavuusvirtojen käsittelyyn. Teollinen polttoaineiden käsittely ei tarvitse paljon ultraäänienergiaa. Todellinen energiantarve voidaan määrittää pöytämallisella ultraäänilaitteella, kuten UIP1000hdT:llä. Kaikki tällaisten pöytämallisilla laitteilla tehtyjen kokeiden tulokset voidaan skaalata suurempaan mittakaavaan täysin lineaarisesti, mikä helpottaa ultraäänirikinpoistoprosessin käyttöönottoa teollisessa tuotantomittakaavassa.

Tarvittaessa saatavilla on ATEX-sertifioituja ultraäänilaitteita (esim. UIP1000-Exd) ultraäänikäsittelyyn räjähdysvaarallisissa ympäristöissä.

Ultraäänikäsittelyn kustannukset

Ultraäänikäsittely on tehokas käsittelytekniikka. Ultraäänikäsittelyn kustannukset muodostuvat pääasiassa ultraäänilaitteisiin tehtävistä investoinneista, käyttöhyödykekustannuksista ja huollosta. Erinomainen energiatehokkuus (katso kaavio) Hielscherin ultraäänilaitteissa auttaa vähentämään käyttöhyödykekustannuksia.

Kirjallisuus

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): 4,6-dimetyylidibentsotiofeenin ultraääniavusteinen, emäskatalysoitu hapetus kaksifaasisessa diesel–asetonitriilijärjestelmässä; julkaisussa: Energy Fuels, 19 (1), 28–34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Uusi menetelmä erittäin vähärikkisen dieselpolttoaineen tuottamiseen ultraääniavusteisella hapettavalla rikinpoistolla; julkaisussa: Fuel, vuosikerta 82, numero 4, March 2003, s. 405–414(10), 2003.