Ultrasoon alternatief voor hydrodesulfurisatie

Olieraffinaderijen worden geconfronteerd met een toenemende aanvoer van zwavelhoudende ruwe olie, de zogenaamde sour crude, terwijl tegelijkertijd milieuregelgeving druk uitoefent om het zwavelgehalte van benzine te verlagen. Tegelijkertijd stijgen de kosten van conventionele waterstofontzwaveling (HDS) vanwege de benodigde waterstof. Ultrasone cavitatiebehandeling is een effectieve alternatieve methode om zwavel uit ruwe olie te verwijderen.

Voldoen aan zwavelnormen in olie met Sonicatie

Fossiele brandstoffen bevatten zwavelverbindingen. Deze zijn het gevolg van de afbraak van zwavelhoudend biologisch materiaal tijdens de natuurlijke vorming van fossiele brandstoffen.

Voertuigen, zoals auto's, vliegtuigen en zeeschepen of elektriciteitscentrales veroorzaken zwaveldioxide (SO2) emissies als gevolg van de verbranding van petroleumbrandstof. Dezelfde zwavel – zelfs in zeer lage concentraties – veroorzaakt schade aan edelmetaalkatalysatoren in de downstream katalytische reforming in aardolieraffinaderijen. De nieuwste milieuregelgeving vereist een zeer diepe ontzwaveling om te voldoen aan de ULSD-specificaties (ultra-low sulfur diesel).
 

Installatie met 192 kW krachtige sonicators voor de ontzwaveling van ruwe olie

Achtergrond – Waterontzwaveling (HDS)

Waterontzwaveling (HDS) is het standaard katalytische proces voor het verwijderen van zwavel uit aardolieproducten. In dit proces worden de zwavelhoudende fracties van de ruwe olie gemengd met waterstof en een katalysator om te reageren tot waterstofsulfide. Meestal bestaat de katalysator uit een aluminiumoxide basis geïmpregneerd met kobalt en molybdeen. Naarmate de olie zuurder wordt, zijn er hogere drukken en alternatieve katalysatoren nodig voor de ontzwaveling. Recalcitrante aromatische zwavelverbindingen (bijv. 4,6-dimethyldibenzothiofeen) kunnen niet worden verwijderd met waterstofontzwaveling vanwege hun lage reactiviteit.

ultrasoon ondersteunde ontzwaveling

Een alternatief voor waterstofontzwaveling is de ultrasoon ondersteunde ontzwaveling. De blootstelling van vloeistoffen aan ultrasone golven met een hoge intensiteit veroorzaakt akoestische cavitatie. Dit is de vorming en daaropvolgende gewelddadige ineenstorting van kleine vacuümbellen (cavitatiebellen). Plaatselijk ontstaan extreme omstandigheden door het gewelddadig uiteenvallen van elke bel:

• Temperatuur: tot 5000 Kelvin
• Druk: tot 2000 atmosferen
• Vloeistofjets: tot 1000 km/u.

Dergelijke omstandigheden bevorderen een betere oppervlaktechemie van katalysatoren door een verbeterde micro-menging. Vooral de hoge lokale temperaturen veranderen de chemische reactiekinetiek van het ontzwavelingsproces. Dit effect maakt alternatieve – minder duur – katalysatoren of alternatieve ontzwavelingschemie worden gebruikt. Deshpande et al. (2004) onderzochten een oxidatief systeem bestaande uit natriumcarbonaat en waterstofperoxide in een bifasisch systeem van diesel en acetonitril. Ultrasoon werd toegepast op het bifasische systeem. Het onderzoek bereikte een vermindering van het DMDBT-gehalte met meer dan 90% in de dieselmonsters.

Krachtige Sonicator voor de ontzwaveling van ruwe olie

Hielscher is wereldwijd de toonaangevende leverancier van sonicators met hoge capaciteit. Hielscher ontwerpt en produceert krachtige ultrasone processors met een vermogen tot 16 kW per apparaat, waardoor er geen limiet is aan de grootte van de installatie of de verwerkingscapaciteit. Clusters van meerdere 16kW-systemen worden gebruikt voor de verwerking van grotere volumestromen. Industriële brandstofverwerking heeft niet veel ultrasone energie nodig. De werkelijke energiebehoefte kan worden bepaald met behulp van een tafelmodel sonicator zoals de UIP1000hdT. Alle resultaten van dergelijke testopstellingen kunnen volledig lineair worden opgeschaald, wat het gemakkelijker maakt om het ultrasone ontzwavelingsproces op industriële productieschaal toe te passen.

Indien nodig zijn er ATEX-gecertificeerde ultrasone apparaten (bijv. UIP1000-Exd) beschikbaar voor sonificatie in gevaarlijke omgevingen.

Kosten van ultrasoonbehandeling

Ultrasoon is een effectieve verwerkingstechnologie. De kosten van ultrasone verwerking zijn voornamelijk het gevolg van de investering
voor ultrasone apparaten, gebruikskosten en onderhoud. De uitstekende energie-efficiëntie (zie grafiek) van Hielscher ultrasone apparaten helpt de gebruikskosten te verlagen.

Literatuur

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Ultrasoon gestuurde, basisch gekatalyseerde oxidatie van 4,6-dimethyldibenzothiofeen in een bifasisch diesel-acetonitril systeem; in: Energy Fuels, 19 (1), 28 -34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Een nieuwe methode voor het verkrijgen van dieselbrandstof met ultralaag zwavelgehalte via ultrasone oxidatieve ontzwaveling; in: Fuel, Volume 82, Number 4, March 2003, pp. 405-414(10), 2003.