Ultrasonic Alternative to Hydrodesulfurization

Le raffinerie di petrolio devono far fronte a una crescente fornitura di greggio solforoso, il cosiddetto sour crude, mentre allo stesso tempo le normative ambientali fanno pressione per ridurre il contenuto di zolfo della benzina. Contemporaneamente, i costi dell'idrodesolforazione convenzionale (HDS) aumentano a causa dell'idrogeno necessario. Il trattamento di cavitazione a ultrasuoni è un metodo alternativo efficace per rimuovere lo zolfo dal greggio.

Soddisfare gli standard di zolfo nell'olio con la sonicazione

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

I veicoli, come le automobili, gli aerei e le navi o le centrali elettriche, causano emissioni di anidride solforosa (SO2) come risultato della combustione di combustibili petroliferi. Lo stesso zolfo – anche in concentrazioni molto basse – provoca danni ai catalizzatori di metalli nobili nel processo di reforming catalitico a valle delle raffinerie di petrolio. Le più recenti normative ambientali richiedono una desolforazione molto profonda per soddisfare le specifiche del diesel a bassissimo tenore di zolfo (ULSD).
 

Installazione con 192 kW di sonicatori ad alta potenza per la desolforazione di oli grezzi

Sfondo – Idrodesolforazione (HDS)

Idrodesolforazione (HDS) è il processo catalitico standard per la rimozione dello zolfo dai prodotti petroliferi. In questo processo, le frazioni solforose del petrolio greggio vengono mescolate con idrogeno e un catalizzatore per reagire a idrogeno solforato. In genere, il catalizzatore è costituito da una base di allumina impregnata di cobalto e molibdeno. Man mano che le forniture di petrolio diventano più acide, sono necessarie pressioni più elevate e catalizzatori alternativi per la desolforazione. I composti aromatici dello zolfo recalcitranti (ad esempio il 4,6-dimetildibenzotiofene) non possono essere rimossi con l'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 di elevata intensità provoca la cavitazione acustica. Si tratta della formazione e del 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 liquidi: fino a 1000 km/h.

Queste condizioni promuovono una migliore chimica di superficie dei catalizzatori grazie a una maggiore micro-miscelazione. In particolare, le alte temperature locali modificano la cinetica di reazione chimica del processo di desolforazione. Questo effetto consente di creare alternative – meno costoso – catalizzatori o chimica di desolforazione alternativa da utilizzare. Deshpande et al. (2004) hanno studiato un sistema ossidativo composto da carbonato di sodio e perossido di idrogeno in un sistema bifasico di gasolio e acetonitrile. Al sistema bifasico è stata applicata l'ultrasuonizzazione. Lo studio ha ottenuto una riduzione del contenuto di DMDBT di oltre il 90% nei campioni di gasolio.

Sonicatore ad alte prestazioni per la desolforazione del greggio

Hielscher è il fornitore leader di sonicatori ad alta capacità in tutto il mondo. Poiché Hielscher progetta e produce processori a ultrasuoni ad alte prestazioni con potenza fino a 16kW per singolo dispositivo, non ci sono limiti alle dimensioni dell'impianto o alla capacità di trattamento. Per il trattamento di flussi di volume maggiore si utilizzano cluster di più sistemi da 16kW. Il trattamento industriale dei combustibili non richiede molta energia ultrasonica. Il fabbisogno energetico effettivo può essere determinato utilizzando un sonicatore da banco come l'UIP1000hdT. Tutti i risultati di queste prove al banco possono essere scalati in modo completamente lineare, il che facilita l'implementazione del processo di desolforazione a ultrasuoni su scala di produzione industriale.

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

Costi dell'ultrasuonoterapia

L'ultrasonicazione è una tecnologia di lavorazione efficace. I costi della lavorazione a ultrasuoni derivano principalmente dall'investimento
per i dispositivi a ultrasuoni, i costi delle utenze e la manutenzione. L'eccezionale efficienza energetica (vedi grafico) dei dispositivi a ultrasuoni Hielscher contribuisce a ridurre i costi delle utenze.

Letteratura

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Ossidazione catalizzata da basi e assistita da ultrasuoni del 4,6-dimetildibenzotiofene in un sistema bifasico diesel-acetonitrilein: Energy Fuels, 19 (1), 28-34, 2005.

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