Alternative à l'hydrodésulfuration par ultrasons

Les raffineries de pétrole sont confrontées à un approvisionnement croissant en pétrole brut sulfureux, appelé "brut acide", alors que les réglementations environnementales imposent une teneur en soufre plus faible dans l'essence. Parallèlement, les coûts de l'hydrodésulfuration conventionnelle (HDS) augmentent en raison de l'hydrogène nécessaire. Le traitement par cavitation ultrasonique est une méthode alternative efficace pour éliminer le soufre du pétrole brut.

Respecter les normes relatives au soufre dans l'huile grâce à la sonication

Les combustibles fossiles contiennent des composés sulfurés. Ceux-ci résultent de la dégradation de matières biologiques contenant du soufre lors de la formation naturelle des combustibles fossiles.

Les véhicules, tels que les voitures, les avions et les navires ou les centrales électriques produisent des émissions de dioxyde de soufre (SO2) en raison de la combustion des carburants pétroliers. Ce même dioxyde de soufre – même en très faibles concentrations – endommage les catalyseurs à base de métaux nobles lors du reformage catalytique en aval dans les raffineries de pétrole. Les dernières réglementations environnementales exigent une désulfuration très poussée pour répondre aux spécifications du diesel à très faible teneur en soufre (ULSD).
 

Installation de 192 kW de sonicateurs de grande puissance pour la désulfuration des pétroles bruts

Contexte – Hydrodésulfuration (HDS)

Hydrodésulfuration (HDS) est le procédé catalytique standard pour l'élimination du soufre des produits pétroliers. Dans ce procédé, les fractions sulfureuses du pétrole brut sont mélangées à de l'hydrogène et à un catalyseur pour réagir en sulfure d'hydrogène. Le catalyseur est généralement constitué d'une base d'alumine imprégnée de cobalt et de molybdène. Au fur et à mesure que les approvisionnements en pétrole deviennent plus acides, des pressions plus élevées et d'autres catalyseurs sont nécessaires pour la désulfuration. Les composés soufrés aromatiques récalcitrants (par exemple le 4,6-diméthyldibenzothiophène) ne peuvent pas être éliminés par hydrodésulfuration, en raison de leur faible réactivité.

désulfuration assistée par ultrasons

Une alternative à l'hydrodésulfuration est la désulfuration assistée par ultrasons. L'exposition des liquides à des ondes ultrasoniques de forte intensité provoque une cavitation acoustique. Il s'agit de la formation et de l'effondrement violent de petites bulles de vide (cavitation). Localement, des conditions extrêmes résultent de l'effondrement violent de chaque bulle :

• Température : jusqu'à 5000 Kelvin
• Pression : jusqu'à 2000 atmosphères
• Jets de liquide : jusqu'à 1000 km/h.

Ces conditions favorisent une meilleure chimie de surface des catalyseurs en améliorant le micro-mélange. En particulier, les températures locales élevées modifient la cinétique des réactions chimiques du processus de désulfuration. Cet effet permet d'utiliser d'autres – moins cher – des catalyseurs ou une chimie de désulfuration alternative à utiliser. Deshpande et al. (2004) étudient un système d'oxydation composé de carbonate de sodium et de peroxyde d'hydrogène dans un système biphasique de diesel et d'acétonitrile. Des ultrasons ont été appliqués au système biphasique. L'étude a permis de réduire la teneur en DMDBT de plus de 90 % dans les échantillons de diesel.

Sonicateur haute performance pour la désulfuration du pétrole brut

Hielscher est le premier fournisseur mondial de sonicateurs de grande capacité. Hielscher conçoit et fabrique des processeurs ultrasoniques de haute performance d'une puissance pouvant atteindre 16 kW par appareil, ce qui ne pose aucune limite à la taille de l'installation ou à la capacité de traitement. Des groupes de plusieurs systèmes de 16 kW sont utilisés pour le traitement de flux plus importants. Le traitement industriel des combustibles ne nécessite pas beaucoup d'énergie ultrasonique. Le besoin réel en énergie peut être déterminé à l'aide d'un sonicateur de table tel que l'UIP1000hdT. Tous les résultats de ces essais sur banc peuvent être mis à l'échelle de façon complètement linéaire, ce qui facilite la mise en œuvre du processus de désulfuration par ultrasons à l'échelle de la production industrielle.

Si nécessaire, des ultrasons certifiés ATEX (par exemple UIP1000-Exd) sont disponibles pour la sonication dans des environnements dangereux.

Coûts de l'ultrasonication

Les ultrasons sont une technologie de traitement efficace. Les coûts de traitement par ultrasons résultent principalement de l'investissement...
pour les appareils à ultrasons, les coûts d'utilisation et la maintenance. L'efficacité énergétique exceptionnelle (voir tableau) des appareils à ultrasons Hielscher contribue à réduire les coûts des services publics.

Littérature

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004) : Oxydation de 4,6-diméthyldibenzothiophène assistée par ultrasons et catalysée par une base dans un système biphasique diesel-acétonitrile; dans : 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 ; in : Fuel, Volume 82, Number 4, March 2003, pp. 405-414(10), 2003.