Alternativa a ultrasuoni all’idrodesolforazione

Le raffinerie di petrolio ricevono quantità crescenti di greggio contenente zolfo, il cosiddetto greggio acido, mentre le normative ambientali impongono al contempo un minore contenuto di zolfo nella benzina. Contemporaneamente, i costi dell’idrodesolforazione convenzionale (HDS) aumentano a causa dell’idrogeno necessario. Il trattamento mediante cavitazione ultrasonica è un metodo alternativo efficace per rimuovere lo zolfo dal petrolio greggio.

Rispettare i limiti di zolfo nel petrolio con la sonicazione

I combustibili fossili contengono composti dello zolfo. Questi derivano dalla degradazione della materia biologica contenente zolfo durante la formazione naturale dei combustibili fossili.

I veicoli, come automobili, aeromobili e imbarcazioni, o le centrali elettriche provocano emissioni di diossido di zolfo (SO2) a seguito della combustione di combustibili derivati dal petrolio. Lo stesso zolfo – anche a concentrazioni molto basse – danneggia i catalizzatori a base di metalli nobili utilizzati nel successivo reforming catalitico nelle raffinerie di petrolio. Le più recenti normative ambientali richiedono una desolforazione molto spinta per soddisfare le specifiche del gasolio a bassissimo contenuto di zolfo (ULSD).
 

Installazione di sonicatori ad alta potenza per un totale di 192 kW per la desolforazione di petroli greggi

Informazioni di base – Idrodesolforazione (HDS)

Idrodesolforazione (HDS) è il processo catalitico standard per la rimozione dello zolfo dai prodotti petroliferi. In questo processo, le frazioni del petrolio greggio contenenti zolfo vengono miscelate con idrogeno e un catalizzatore affinché reagiscano formando solfuro di idrogeno. In genere, il catalizzatore è costituito da un supporto di allumina impregnato con cobalto e molibdeno. Con l’aumento del contenuto di zolfo nel greggio approvvigionato, per la desolforazione sono necessarie pressioni più elevate e catalizzatori alternativi. I composti aromatici dello zolfo refrattari (ad es. il 4,6-dimetildibenzotiofene) non possono essere rimossi mediante idrodesolforazione a causa della loro bassa reattività.

Desolforazione assistita da ultrasuoni

Un’alternativa all’idrodesolforazione è la desolforazione assistita da ultrasuoni. L’esposizione dei liquidi a onde ultrasoniche ad alta intensità provoca cavitazione acustica. Questa consiste nella formazione e nel successivo collasso violento di piccole bolle di vuoto (cavitazione). Localmente, il collasso violento di ciascuna bolla genera condizioni estreme:

• Temperatura: fino a 5000 Kelvin
• Pressione: fino a 2000 atmosfere
• Getti di liquido: fino a 1000km/hr.

Queste condizioni favoriscono una migliore chimica superficiale dei catalizzatori grazie a una micromiscelazione più intensa. In particolare, le elevate temperature locali modificano la cinetica delle reazioni chimiche del processo di desolforazione. Questo effetto consente di utilizzare catalizzatori alternativi – meno costosi – oppure vie chimiche alternative per la desolforazione. Deshpande et al. (2004) esaminano un sistema ossidativo composto da carbonato di sodio e perossido di idrogeno in un sistema bifasico di gasolio e acetonitrile. Il sistema bifasico è stato sottoposto a sonicazione. Lo studio ha ottenuto una riduzione del contenuto di DMDBT superiore al 90% nei campioni di gasolio.

Sonicatore ad alte prestazioni per la desolforazione del greggio

Hielscher è il principale fornitore mondiale di sonicatori ad alta capacità. Poiché Hielscher progetta e produce processori a ultrasuoni ad alte prestazioni con potenza fino a 16kW per singolo dispositivo, non vi sono limiti alle dimensioni dell’impianto o alla capacità di trattamento. Gruppi di più sistemi da 16kW vengono utilizzati per trattare flussi con portate volumetriche maggiori. Il trattamento industriale dei combustibili non richiede molta energia ultrasonica. Il fabbisogno energetico effettivo può essere determinato utilizzando un sonicatore da banco come UIP1000hdT. Tutti i risultati di queste prove da banco possono essere trasferiti a una scala maggiore in modo completamente lineare, facilitando l’implementazione del processo di desolforazione a ultrasuoni su scala produttiva industriale.

Se necessario, sono disponibili sonicatori certificati ATEX (ad es. UIP1000-Exd) per la sonicazione in ambienti pericolosi.

Costi della sonicazione

La sonicazione è una tecnologia di trattamento efficace. I costi del trattamento a ultrasuoni derivano principalmente dall’investimento
in dispositivi a ultrasuoni, dai costi delle utenze e dalla manutenzione. L’eccezionale efficienza energetica (vedere il grafico) dei dispositivi a ultrasuoni Hielscher contribuisce a ridurre i costi delle utenze.

Bibliografia

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Ossidazione del 4,6-dimetildibenzotiofene assistita da ultrasuoni e catalizzata da una base in un sistema bifasico gasolio–acetonitrile; in: Energy Fuels, 19 (1), 28–34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Un nuovo metodo per ottenere gasolio a bassissimo contenuto di zolfo mediante desolforazione ossidativa assistita da ultrasuoni; in: Fuel, Volume 82, Numero 4, marzo 2003, pp. 405–414(10), 2003.