חלופה קולית hydrodesulfurization

בתי זיקוק לנפט מתמודדים עם אספקה הולכת וגדלה של נפט גולמי גופריתי, מה שמכונה נפט גולמי חמוץ, ובמקביל תקנות איכות הסביבה לוחצות על תכולת גופרית נמוכה יותר של בנזין. במקביל, העלויות של hydrodesulfurization קונבנציונאלי (HDS) עולים בגלל המימן הדרוש. טיפול קוויטציה קולי הוא שיטה חלופית יעילה להסרת גופרית מנפט גולמי.

עומדים בתקני גופרית בשמן עם סוניקציה

דלקי מאובנים מכילים תרכובות גופרית. אלה נובעים מהתפרקות של חומר ביולוגי המכיל גופרית במהלך היווצרות טבעית של דלקי מאובנים.

כלי רכב, כגון מכוניות, כלי טיס וכלי שיט או תחנות כוח גורמים לפליטת גופרית דו-חמצנית (SO2) כתוצאה משריפת דלק נפט. אותה גופרית – גם בריכוזים נמוכים מאוד – גורם נזקים לזרזי מתכת אצילה ברפורמה הקטליטית במורד הזרם בבתי זיקוק לנפט. התקנות הסביבתיות האחרונות דורשות דה-גופריזציה עמוקה מאוד כדי לעמוד במפרטי דיזל גופרית אולטרה-נמוך (ULSD).
 

התקנה עם 192 קילוואט של סוניקטורים בעלי הספק גבוה להסרת גופרית של שמנים גולמיים

רקע – הידרודה-גופרית (HDS)

הידרודה-גופרית (HDS) הוא התהליך הקטליטי הסטנדרטי להסרת גופרית ממוצרי נפט. בתהליך זה, שברי הגופרית של הנפט הגולמי מעורבבים עם מימן וזרז להגיב למימן גופרתי. בדרך כלל, הזרז מורכב מבסיס אלומינה ספוג קובלט ומוליבדן. ככל שאספקת הנפט נעשית חמוצה יותר, נדרשים לחצים גבוהים יותר וזרזים חלופיים לדה-גופרית. תרכובות גופרית ארומטיות סרבניות (למשל 4,6-dimethyldibenzothiophene) אינן ניתנות להסרה באמצעות הידרודה-גופרית, בשל תגובתיותן הנמוכה.

דה-גופרית בסיוע אולטרה-סאונד

חלופה hydrodesulfurization היא desulfurization בסיוע אולטרה סאונד. חשיפת נוזלים לגלים על-קוליים בעוצמה גבוהה גורמת לקוויטציה אקוסטית. זוהי היווצרות והתמוטטות אלימה לאחר מכן של בועות ואקום קטנות (קוויטציה). באופן מקומי, תנאים קיצוניים נובעים מהקריסה האלימה של כל בועה:

• טמפרטורה: עד 5000 קלווין
• לחץ: עד 2000 אטמוספרות
• סילונים נוזליים: עד 1000 קמ"ש.

תנאים כאלה מקדמים כימיה טובה יותר של פני השטח של זרזים על ידי מיקרו-ערבוב משופר. בפרט, הטמפרטורות המקומיות הגבוהות משנות את קינטיקה התגובה הכימית של תהליך דה-גופרית. אפקט זה מאפשר חלופות – פחות יקר – זרזים או כימיה חלופית desulfurization לשימוש. Deshpande et al. (2004) חוקרים מערכת חמצון המורכבת מנתרן פחמתי ומי חמצן במערכת דו-פאזית של דיזל ואצטוניטריל. Ultrasonication הוחל על המערכת biphasic. המחקר השיג הפחתה של תכולת הדושן ביותר מ-90% בדגימות הסולר.

סוניק בעל ביצועים גבוהים לדה-גופרית של נפט גולמי

Hielscher היא הספקית המובילה של sonicators קיבולת גבוהה, ברחבי העולם. מכיוון ש- Hielscher מתכננת ומייצרת מעבדים קוליים בעלי ביצועים גבוהים של עד 16kW הספק לכל מכשיר יחיד, אין הגבלה בגודל המפעל או ביכולת העיבוד. אשכולות של מספר מערכות 16kW משמשים לעיבוד של זרימות נפח גדול יותר. עיבוד דלק תעשייתי אינו זקוק לאנרגיה קולית רבה. ניתן לקבוע את דרישת האנרגיה בפועל באמצעות סוניק עליון כגון UIP1000hdT. כל התוצאות מניסויים כאלה bench-top ניתן בקנה מידה ליניארי לחלוטין, אשר מאפשר ליישם את תהליך desulfurization קולי בקנה מידה הייצור התעשייתי.

במידת הצורך, אולטר-סוניקטורים מוסמכים ATEX (למשל UIP1000-Exd) זמינים עבור הסוניקציה בסביבות מסוכנות.

עלויות של Ultrasonication

Ultrasonication היא טכנולוגיית עיבוד יעילה. עלויות עיבוד אולטראסוניות נובעות בעיקר מההשקעה
עבור מכשירים קוליים, עלויות השירות ותחזוקה. היעילות האנרגטית יוצאת הדופן (ראו תרשים) של מכשירים קוליים Hielscher מסייע להפחית את עלויות השירות.

ספרות

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): חמצון בסיוע אולטרסאונד, זרז בסיס של 4,6-dimethyldibenzothiophene במערכת דיזל-אצטוניטריל ביפאזית; בתוך: דלקי אנרגיה, 19 (1), 28 -34, 2005.

מיי ה., מיי ב.ו., ין ט.פ. (2003): שיטה חדשה להשגת סולר דל גופרית אולטרה באמצעות דה-גופרית חמצונית בסיוע אולטרסאונד; בתוך: דלק, כרך 82, מספר 4, מרץ 2003, עמ' 405-414(10), 2003.