Ultrazvučna alternativa hidrodesulfurizaciji

Rafinerije nafte suočavaju se sa sve većom opskrbom sirovom naftom koja sadrži sumpor, takozvanom kiselom sirovom naftom, dok istodobno propisi o zaštiti okoliša zahtijevaju niži sadržaj sumpora u benzinu. Istodobno rastu troškovi konvencionalne hidrodesulfurizacije (HDS) zbog potrebnog vodika. Obrada ultrazvučnom kavitacijom učinkovita je alternativna metoda za uklanjanje sumpora iz sirove nafte.

Zadovoljite norme za sadržaj sumpora u nafti sonikacijom

Fosilna goriva sadrže sumporne spojeve. Oni nastaju razgradnjom biološke tvari koja sadrži sumpor tijekom prirodnog nastanka fosilnih goriva.

Vozila, poput automobila, zrakoplova i brodova, ili elektrane uzrokuju emisije sumporova dioksida (SO2) uslijed izgaranja naftnih goriva. Isti sumpor – čak i u vrlo niskim koncentracijama – oštećuje katalizatore od plemenitih metala u naknadnom katalitičkom reformiranju u rafinerijama nafte. Najnoviji propisi o zaštiti okoliša zahtijevaju vrlo duboku desulfurizaciju kako bi se zadovoljile specifikacije za dizelsko gorivo s ultraniskim sadržajem sumpora (ULSD).
 

Postrojenje s ultrazvučnim uređajima velike snage ukupne snage 192 kW za desulfurizaciju sirove nafte

Osnove – hidrodesulfurizacija (HDS)

Hidrodesulfurizacija (HDS) standardni je katalitički postupak za uklanjanje sumpora iz naftnih proizvoda. U tom se postupku frakcije sirove nafte koje sadrže sumpor miješaju s vodikom i katalizatorom kako bi reakcijom nastao sumporovodik. Katalizator se obično sastoji od podloge od aluminijeva oksida impregnirane kobaltom i molibdenom. Kako nafta kojom se rafinerije opskrbljuju postaje sve bogatija sumporom, za desulfurizaciju su potrebni viši tlakovi i alternativni katalizatori. Teško reaktivni aromatski sumporni spojevi (npr. 4,6-dimethyldibenzothiophene) ne mogu se ukloniti hidrodesulfurizacijom zbog svoje niske reaktivnosti.

Ultrazvučno potpomognuta desulfurizacija

Alternativa hidrodesulfurizaciji jest ultrazvučno potpomognuta desulfurizacija. Izlaganje tekućina ultrazvučnim valovima visokog intenziteta uzrokuje akustičnu kavitaciju. To je nastajanje i naknadno silovito urušavanje malih vakuumskih (kavitacijskih) mjehurića. Silovito urušavanje svakog mjehurića lokalno stvara ekstremne uvjete:

• Temperatura: do 5000 kelvina
• Tlak: do 2000 atmosfera
• Mlazovi tekućine: do 1000km/hr.

Takvi uvjeti poboljšavaju kemijske procese na površini katalizatora pojačanim mikromiješanjem. Osobito visoke lokalne temperature mijenjaju kinetiku kemijskih reakcija u postupku desulfurizacije. Taj učinak omogućuje uporabu alternativnih – jeftinijih – katalizatora ili alternativnih kemijskih postupaka desulfurizacije. Deshpande i sur. (2004) istražuju oksidacijski sustav sastavljen od natrijeva karbonata i vodikova peroksida u dvofaznom sustavu dizelskoga goriva i acetonitrila. Na dvofazni sustav primijenjena je sonikacija. U istraživanju je postignuto smanjenje sadržaja DMDBT-a za više od 90% u uzorcima dizelskoga goriva.

Ultrazvučni uređaj visokih performansi za desulfurizaciju sirove nafte

Hielscher je vodeći svjetski dobavljač ultrazvučnih uređaja velikog kapaciteta. Budući da Hielscher projektira i proizvodi ultrazvučne procesore visokih performansi snage do 16kW po pojedinačnom uređaju, nema ograničenja veličine postrojenja ni kapaciteta obrade. Skupine od nekoliko sustava snage 16kW upotrebljavaju se za obradu većih volumnih protoka. Industrijska obrada goriva ne zahtijeva mnogo ultrazvučne energije. Stvarna potreba za energijom može se odrediti stolnim ultrazvučnim uređajem kao što je UIP1000hdT. Svi rezultati takvih ispitivanja na stolnim uređajima mogu se prenijeti na veće mjerilo potpuno linearno, što olakšava uvođenje postupka ultrazvučne desulfurizacije u industrijsku proizvodnju.

Prema potrebi dostupni su ultrazvučni uređaji s certifikatom ATEX (npr. UIP1000-Exd) za sonikaciju u opasnim okruženjima.

Troškovi sonikacije

Sonikacija je učinkovita tehnologija obrade. Troškovi ultrazvučne obrade uglavnom proizlaze iz ulaganja u ultrazvučne uređaje, troškova energenata i komunalnih usluga te održavanja. Iznimna energetska učinkovitost (vidi grafikon) ultrazvučnih uređaja Hielscher pomaže smanjiti troškove energenata i komunalnih usluga.

Literatura

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Ultrazvučno potpomognuta, bazno katalizirana oksidacija spoja 4,6-Di­methyl­di­ben­zothio­phene u dvofaznom sustavu dizelskoga goriva i acetonitrila; u: Energy Fuels, 19 (1), 28–34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Nova metoda dobivanja dizelskoga goriva s ultraniskim sadržajem sumpora ultrazvučno potpomognutom oksidacijskom desulfurizacijom; u: Fuel, svezak 82, broj 4, March 2003, str. 405–414(10), 2003.