Rafinerie ropy naftowej stoją w obliczu rosnących dostaw zasiarczonej ropy naftowej, tzw. sour crude, a jednocześnie przepisy środowiskowe wywierają presję na obniżenie zawartości siarki w benzynie. Jednocześnie koszty konwencjonalnego hydroodsiarczania (HDS) rosną z powodu potrzebnego wodoru. Ultradźwiękowa obróbka kawitacyjna jest skuteczną alternatywną metodą usuwania siarki z ropy naftowej.

Spełnianie norm zawartości siarki w oleju dzięki sonikacji

Paliwa kopalne zawierają związki siarki. Powstają one w wyniku degradacji materii biologicznej zawierającej siarkę podczas naturalnego tworzenia się paliw kopalnych.

Pojazdy, takie jak samochody, samoloty i statki morskie lub elektrownie powodują emisję dwutlenku siarki (SO2) w wyniku spalania paliw ropopochodnych. Ta sama siarka – nawet w bardzo niskich stężeniach – powoduje uszkodzenia katalizatorów z metali szlachetnych w procesie reformingu katalitycznego w rafineriach ropy naftowej. Najnowsze przepisy środowiskowe wymagają bardzo głębokiego odsiarczania, aby spełnić specyfikacje oleju napędowego o bardzo niskiej zawartości siarki (ULSD).
 

Instalacja z 192 kW sonikatorów wysokiej mocy do odsiarczania ropy naftowej

Podstawa – Hydroodsiarczania (HDS)

Hydroodsiarczania (HDS) jest standardowym procesem katalitycznym służącym do usuwania siarki z produktów ropopochodnych. W tym procesie siarkowe frakcje ropy naftowej są mieszane z wodorem i katalizatorem w celu reakcji z siarkowodorem. Zazwyczaj katalizator składa się z tlenku glinu impregnowanego kobaltem i molibdenem. W miarę jak dostawy ropy stają się coraz bardziej kwaśne, do odsiarczania wymagane są wyższe ciśnienia i alternatywne katalizatory. Odwracalnych aromatycznych związków siarki (np. 4,6-dimetylodibenzotiofenu) nie można usunąć za pomocą hydroodsiarczania ze względu na ich niską reaktywność.

ultradźwiękami wspierana odsiarczania

Alternatywą dla hydroodsiarczania jest odsiarczanie wspomagane ultradźwiękami. Ekspozycja cieczy na fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności powoduje kawitację akustyczną. Jest to powstawanie, a następnie gwałtowne zapadanie się małych pęcherzyków próżniowych (kawitacyjnych). Lokalnie, ekstremalne warunki powstają w wyniku gwałtownego zapadania się każdego pęcherzyka:

• Temperatura: do 5000 Kelvin
• Ciśnienie: do 2000 przestrzeniach
• Płynne Jets: do 1000km / h.

Takie warunki sprzyjają lepszej chemii powierzchni katalizatorów poprzez zwiększone mikromieszanie. W szczególności wysokie temperatury lokalne zmieniają kinetykę reakcji chemicznych w procesie odsiarczania. Efekt ten pozwala na alternatywne – tańszy – katalizatorów lub alternatywnych metod odsiarczania. Deshpande et al. (2004) bada układ utleniający składający się z węglanu sodu i nadtlenku wodoru w dwufazowym układzie oleju napędowego i acetonitrylu. Do układu dwufazowego zastosowano ultradźwięki. W badaniu osiągnięto zmniejszenie zawartości DMDBT o ponad 90% w próbkach oleju napędowego.

Wysokowydajny sonikator do odsiarczania ropy naftowej

Hielscher jest wiodącym dostawcą sonikatorów o wysokiej wydajności na całym świecie. Ponieważ Hielscher projektuje i produkuje wysokowydajne procesory ultradźwiękowe o mocy do 16 kW na pojedyncze urządzenie, nie ma ograniczeń co do wielkości instalacji lub wydajności przetwarzania. Klastry kilku systemów 16kW są wykorzystywane do przetwarzania większych przepływów objętościowych. Przemysłowe przetwarzanie paliwa nie wymaga dużej ilości energii ultradźwiękowej. Rzeczywiste zapotrzebowanie na energię można określić za pomocą sonikatora stołowego, takiego jak UIP1000hdT. Wszystkie wyniki z takich prób bench-top mogą być skalowane całkowicie liniowo, co ułatwia wdrożenie ultradźwiękowego procesu odsiarczania na przemysłową skalę produkcyjną.

W razie potrzeby dostępne są ultrasonografy z certyfikatem ATEX (np. UIP1000-Exd) do sonikacji w środowiskach niebezpiecznych.

Koszty ultradźwięki

Ultradźwięki to skuteczna technologia przetwarzania. Koszty ultradźwiękowe przetwarzania wynikają głównie z inwestycji
dla urządzeń ultradźwiękowych, kosztów mediów i konserwacji. Wyjątkowa efektywność energetyczna (zob. wykres) Urządzeń ultradźwiękowych Hielscher pomaga zmniejszyć koszty eksploatacji.

Literatura

Deshpande, A. Bassi A., Prakash, A. (2004): USG wspomaganiem, katalizowanej zasadą utlenianie 4,6-Dimethyldibenzothiophene dwufazowej acetonitryl system napędowy; w: surowce energetyczne, 19 (1), 28 -34, 2005.

H. Mei Mei B.W., Yen T.F. (2003): Nowa metoda uzyskania ultra niskiej oleju napędowego siarki za pomocą ultradźwięków wspomaga proces odsiarczania poprzez utlenianie; w: Fuel, tom 82, nr 4, marzec 2003, str 405-414 (10), 2003..