A hidrodeszulfurizálás ultrahangos alternatívája

Az olajfinomítók egyre nagyobb mennyiségben kapnak kéntartalmú nyersolajat, úgynevezett savanyú nyersolajat, miközben a környezetvédelmi előírások a benzin kéntartalmának csökkentését követelik meg. Ezzel párhuzamosan a hagyományos hidrodeszulfurizálás (HDS) költségei a szükséges hidrogén miatt emelkednek. Az ultrahangos kavitációs kezelés hatékony alternatív módszer a kén eltávolítására a nyersolajból.

Az olajra vonatkozó kéntartalmi előírások teljesítése ultrahangos kezeléssel

A fosszilis tüzelőanyagok kénvegyületeket tartalmaznak. Ezek a kéntartalmú biológiai anyagok lebomlásából származnak a fosszilis tüzelőanyagok természetes képződése során.

A járművek, például az autók, a repülőgépek és a tengeri hajók, valamint az erőművek a kőolajalapú tüzelőanyagok elégetése következtében kén-dioxidot (SO2) bocsátanak ki. Ugyanez a kén – még nagyon alacsony koncentrációban is – károsítja a nemesfém-katalizátorokat az olajfinomítók későbbi katalitikus reformálási folyamatában. A legújabb környezetvédelmi előírások igen nagy mértékű kéntelenítést követelnek meg az ultralacsony kéntartalmú dízelüzemanyagra (ULSD) vonatkozó specifikációk teljesítéséhez.
 

192 kW összteljesítményű, nagy teljesítményű ultrahangos kezelőberendezésekből álló telepítés nyersolajok kéntelenítésére

Háttér – Hidrodeszulfurizálás (HDS)

A hidrodeszulfurizálás (HDS) a kén kőolajtermékekből történő eltávolításának szokásos katalitikus eljárása. Ebben a folyamatban a nyersolaj kéntartalmú frakcióit hidrogénnel és katalizátorral keverik össze, hogy a reakció során hidrogén-szulfid képződjön. A katalizátor jellemzően kobalttal és molibdénnel impregnált alumínium-oxid-hordozóból áll. Ahogy a beszállított olaj egyre savanyúbbá válik, a kéntelenítéshez nagyobb nyomásra és alternatív katalizátorokra van szükség. A nehezen reagáló aromás kénvegyületek (például a 4,6-dimetil-dibenzotiofén) alacsony reakciókészségük miatt hidrodeszulfurizálással nem távolíthatók el.

Ultrahanggal segített kéntelenítés

A hidrodeszulfurizálás egyik alternatívája az ultrahanggal segített kéntelenítés. A folyadékok nagy intenzitású ultrahanghullámoknak való kitétele akusztikus kavitációt okoz. Ez kis vákuumbuborékok (kavitációs buborékok) képződését, majd heves összeomlását jelenti. Az egyes buborékok heves összeomlása helyileg szélsőséges körülményeket idéz elő:

• Hőmérséklet: akár 5000 kelvin
• Nyomás: akár 2000 atmoszféra
• Folyadéksugarak: akár 1000km/hr.

Az ilyen körülmények a fokozott mikrokeveredés révén elősegítik a katalizátorok kedvezőbb felületi kémiai működését. Különösen a magas helyi hőmérsékletek változtatják meg a kéntelenítési folyamat kémiai reakciókinetikáját. Ez a hatás lehetővé teszi alternatív – olcsóbb – katalizátorok vagy alternatív kéntelenítési kémiai eljárások alkalmazását. Deshpande és munkatársai (2004) nátrium-karbonátból és hidrogén-peroxidból álló oxidatív rendszert vizsgálnak dízelüzemanyagból és acetonitrilből álló kétfázisú rendszerben. A kétfázisú rendszert ultrahangos kezelésnek vetették alá. A vizsgálat során a dízelüzemanyag-minták DMDBT-tartalmát több mint 90%-kal csökkentették.

Nagy teljesítményű ultrahangos kezelőberendezés nyersolaj kéntelenítésére

A Hielscher világszerte a nagy kapacitású ultrahangos kezelőberendezések vezető szállítója. Mivel a Hielscher készülékenként akár 16kW teljesítményű, nagy teljesítményű ultrahangos feldolgozóberendezéseket tervez és gyárt, az üzem méretének és a feldolgozási kapacitásnak nincs korlátja. Több 16kW-os rendszerből álló berendezéscsoportokat használnak nagyobb térfogatáramok feldolgozására. A tüzelőanyagok ipari feldolgozása nem igényel sok ultrahangos energiát. A tényleges energiaigény asztali ultrahangos kezelőberendezéssel, például a UIP1000hdT készülékkel határozható meg. Az ilyen asztali kísérletek minden eredménye teljesen lineárisan felskálázható, ami megkönnyíti az ultrahangos kéntelenítési eljárás ipari termelési léptékű megvalósítását.

Szükség esetén ATEX-tanúsítvánnyal rendelkező ultrahangos kezelőberendezések (például UIP1000-Exd) is rendelkezésre állnak veszélyes környezetben végzett ultrahangos kezeléshez.

Az ultrahangos kezelés költségei

Az ultrahangos kezelés hatékony feldolgozási technológia. Az ultrahangos feldolgozás költségei főként az ultrahangos berendezések beszerzéséből,
a közüzemi költségekből és a karbantartásból adódnak. A kiemelkedő energiahatékonyság (lásd az ábrát) a Hielscher ultrahangos berendezései esetében segít csökkenteni a közüzemi költségeket.

Szakirodalom

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): A 4,6-dimetil-dibenzotiofén ultrahanggal segített, báziskatalizált oxidációja kétfázisú dízelüzemanyag–acetonitril rendszerben; megjelent: Energy Fuels, 19 (1), 28–34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Új módszer ultralacsony kéntartalmú dízelüzemanyag előállítására ultrahanggal segített oxidatív kéntelenítéssel; megjelent: Fuel, 82. kötet, 4. szám, March 2003, 405–414(10). o., 2003.