Ultraskaņas alternatīva hidrodesulfurizācijai

Naftas pārstrādes rūpnīcas saskaras ar pieaugošām sēru saturošas jēlnaftas jeb tā sauktās skābās jēlnaftas piegādēm, vienlaikus vides aizsardzības noteikumi pieprasa samazināt sēra saturu benzīnā. Tajā pašā laikā tradicionālās hidrodesulfurizācijas (HDS) izmaksas palielinās nepieciešamā ūdeņraža dēļ. Apstrāde ar ultraskaņas kavitāciju ir efektīva alternatīva metode sēra atdalīšanai no jēlnaftas.

Nodrošiniet naftas atbilstību sēra satura standartiem ar apstrādi ar ultraskaņu

Fosilais kurināmais satur sēra savienojumus. Tie rodas, sadaloties sēru saturošām bioloģiskām vielām fosilā kurināmā dabiskās veidošanās laikā.

Transportlīdzekļi, piemēram, automobiļi, lidaparāti un kuģi, vai elektrostacijas rada sēra dioksīda (SO2) emisijas, sadegot no naftas iegūtai degvielai. Tas pats sērs – pat ļoti zemā koncentrācijā – bojā cēlmetālu katalizatorus turpmākajā katalītiskā riforminga procesā naftas pārstrādes rūpnīcās. Jaunākie vides aizsardzības noteikumi pieprasa ļoti dziļu desulfurizāciju, lai nodrošinātu atbilstību īpaši zema sēra satura dīzeļdegvielas (ULSD) specifikācijām.
 

Iekārta ar lieljaudas ultraskaņas aparātiem, kuru kopējā jauda ir 192 kW, jēlnaftas desulfurizācijai

Pamatinformācija – hidrodesulfurizācija (HDS)

Hidrodesulfurizācija (HDS) ir standarta katalītiskais process sēra atdalīšanai no naftas produktiem. Šajā procesā sēru saturošās jēlnaftas frakcijas sajauc ar ūdeņradi un katalizatoru, lai reakcijā veidotos sērūdeņradis. Parasti katalizators sastāv no alumīnija oksīda pamatnes, kas piesūcināta ar kobaltu un molibdēnu. Palielinoties sēra saturam piegādātajā naftā, desulfurizācijai nepieciešams augstāks spiediens un alternatīvi katalizatori. Grūti reaģējošus aromātiskos sēra savienojumus (piemēram, 4,6-dimetildibenzotiofēnu) nevar atdalīt ar hidrodesulfurizāciju to zemās reaģētspējas dēļ.

Ar ultraskaņu veicināta desulfurizācija

Alternatīva hidrodesulfurizācijai ir ar ultraskaņu veicināta desulfurizācija. Augstas intensitātes ultraskaņas viļņu iedarbība uz šķidrumiem izraisa akustisko kavitāciju. Tā ir mazu vakuuma (kavitācijas) burbulīšu veidošanās un tai sekojoša strauja, intensīva sabrukšana. Katra burbulīša intensīvā sabrukšana lokāli rada ekstremālus apstākļus:

• Temperatūra: līdz 5000 kelviniem
• Spiediens: līdz 2000 atmosfērām
• Šķidruma strūklas: līdz 1000km/hr.

Šādi apstākļi uzlabo katalizatoru virsmas ķīmiskos procesus, pastiprinot mikrosajaukšanos. Jo īpaši augstā lokālā temperatūra maina desulfurizācijas procesa ķīmisko reakciju kinētiku. Šī iedarbība ļauj izmantot alternatīvus – lētākus – katalizatorus vai alternatīvus desulfurizācijas ķīmiskos procesus. Deshpande un līdzautori (2004) pēta oksidēšanas sistēmu, kas sastāv no nātrija karbonāta un ūdeņraža peroksīda, divfāžu dīzeļdegvielas un acetonitrila sistēmā. Divfāžu sistēmai tika veikta apstrāde ar ultraskaņu. Pētījumā tika panākts DMDBT satura samazinājums dīzeļdegvielas paraugos par vairāk nekā 90%.

Augstas veiktspējas ultraskaņas aparāts jēlnaftas desulfurizācijai

Hielscher ir pasaulē vadošais augstas ražības ultraskaņas aparātu piegādātājs. Tā kā Hielscher projektē un ražo augstas veiktspējas ultraskaņas procesorus ar jaudu līdz 16kW katrai atsevišķai ierīcei, ražotnes izmēram vai apstrādes jaudai nav ierobežojumu. Vairāku 16kW sistēmu kopas tiek izmantotas lielāku tilpuma plūsmu apstrādei. Degvielas rūpnieciskajai apstrādei nav nepieciešams daudz ultraskaņas enerģijas. Faktisko enerģijas patēriņu var noteikt, izmantojot galda ultraskaņas aparātu, piemēram, UIP1000hdT. Visus šādu galda iekārtu izmēģinājumu rezultātus var pārnest uz lielāku mērogu pilnīgi lineāri, kas atvieglo ultraskaņas desulfurizācijas procesa ieviešanu rūpnieciskās ražošanas mērogā.

Ja nepieciešams, apstrādei ar ultraskaņu bīstamā vidē ir pieejami ATEX sertificēti ultraskaņas aparāti (piemēram, UIP1000-Exd).

Apstrādes ar ultraskaņu izmaksas

Apstrāde ar ultraskaņu ir efektīva apstrādes tehnoloģija. Ultraskaņas apstrādes izmaksas galvenokārt veido ieguldījumi
ultraskaņas ierīcēs, energoresursu izmaksas un apkope. Izcilā energoefektivitāte (skatīt diagrammu), kas piemīt Hielscher ultraskaņas ierīcēm, palīdz samazināt energoresursu izmaksas.

Literatūra

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Ar ultraskaņu veicināta, bāzes katalizēta 4,6-dimetildibenzotiofēna oksidēšana divfāžu dīzeļdegvielas un acetonitrila sistēmā; žurnālā: Energy Fuels, 19 (1), 28 –34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Jauna metode īpaši zema sēra satura dīzeļdegvielas iegūšanai ar ultraskaņu veicinātas oksidatīvās desulfurizācijas ceļā; žurnālā: Fuel, 82. sējums, 4. numurs, March 2003, 405–414(10). lpp., 2003.