Alternativa ultra-sónica à hidrodessulfurização

As refinarias de petróleo estão a enfrentar um aumento do fornecimento de crude sulfuroso, o chamado crude ácido, ao mesmo tempo que os regulamentos ambientais pressionam para um menor teor de enxofre na gasolina. Simultaneamente, os custos da hidrodessulfurização convencional (HDS) estão a aumentar devido ao hidrogénio necessário. O tratamento por cavitação ultra-sónica é um método alternativo eficaz para remover o enxofre do petróleo bruto.

Cumprir as normas de enxofre no óleo com a sonicação

Os combustíveis fósseis contêm compostos de enxofre. Estes resultam da degradação de matéria biológica contendo enxofre durante a formação natural dos combustíveis fósseis.

Os veículos, tais como automóveis, aviões e embarcações marítimas ou centrais eléctricas, provocam emissões de dióxido de enxofre (SO2) em resultado da combustão de combustíveis derivados do petróleo. O mesmo enxofre – mesmo em concentrações muito baixas – causa danos aos catalisadores de metais nobres na reforma catalítica a jusante nas refinarias de petróleo. Os regulamentos ambientais mais recentes exigem uma dessulfuração muito profunda para cumprir as especificações do gasóleo com teor de enxofre ultra-baixo (ULSD).
 

Instalação com 192 kW de sonicadores de alta potência para dessulfuração de óleos brutos

Antecedentes – Hidrodessulfurização (HDS)

Hidrodessulfurização (HDS) é o processo catalítico padrão para a remoção de enxofre dos produtos petrolíferos. Neste processo, as fracções sulfurosas do petróleo bruto são misturadas com hidrogénio e um catalisador para reagir ao sulfureto de hidrogénio. Normalmente, o catalisador é constituído por uma base de alumina impregnada com cobalto e molibdénio. À medida que os fornecimentos de petróleo se tornam mais ácidos, são necessárias pressões mais elevadas e catalisadores alternativos para a dessulfuração. Os compostos de enxofre aromáticos recalcitrantes (por exemplo, 4,6-dimetildibenzotiofeno) não podem ser removidos utilizando a hidrodessulfurização, devido à sua baixa reatividade.

dessulfuração assistida por ultra-sons

Uma alternativa à hidrodessulfurização é a dessulfurização assistida por ultra-sons. A exposição de líquidos a ondas ultra-sónicas de alta intensidade provoca cavitação acústica. Esta é a formação e subsequente colapso violento de pequenas bolhas de vácuo (cavitação). Localmente, surgem condições extremas devido ao colapso violento de cada bolha:

• Temperatura: até 5000 Kelvin
• Pressão: até 2000 Atmosferas
• Jactos de líquido: até 1000km/hr.

Estas condições promovem uma melhor química da superfície dos catalisadores através de uma melhor micro-mistura. Em particular, as elevadas temperaturas locais alteram a cinética da reação química do processo de dessulfurização. Este efeito permite a utilização de – menos dispendioso – catalisadores ou produtos químicos alternativos de dessulfurização a utilizar. Deshpande et al. (2004) investigaram um sistema oxidativo composto por carbonato de sódio e peróxido de hidrogénio num sistema bifásico de gasóleo e acetonitrilo. Foi aplicada ultra-sons ao sistema bifásico. O estudo permitiu reduzir o teor de DMDBT em mais de 90% nas amostras de gasóleo.

Sonicador de alto desempenho para dessulfuração de petróleo bruto

A Hielscher é o principal fornecedor mundial de sonicadores de alta capacidade. Uma vez que a Hielscher concebe e fabrica processadores ultra-sónicos de elevado desempenho com uma potência até 16 kW por dispositivo único, não há limite para a dimensão da instalação ou para a capacidade de processamento. Estão a ser utilizados grupos de vários sistemas de 16kW para o processamento de fluxos de maior volume. O processamento industrial de combustível não necessita de muita energia ultra-sónica. A necessidade real de energia pode ser determinada utilizando um sonicador de bancada como o UIP1000hdT. Todos os resultados de tais ensaios de bancada podem ser escalados de forma completamente linear, o que facilita a implementação do processo de dessulfuração ultra-sónica à escala da produção industrial.

Se necessário, estão disponíveis ultrasonicadores com certificação ATEX (por exemplo, UIP1000-Exd) para a sonicação em ambientes perigosos.

Custos da ultrassonografia

A ultrassonografia é uma tecnologia de processamento eficaz. Os custos do processamento por ultra-sons resultam principalmente do investimento
para dispositivos ultra-sónicos, custos de serviços públicos e manutenção. A excelente eficiência energética (ver gráfico) dos dispositivos ultra-sónicos da Hielscher ajuda a reduzir os custos de utilização.

Literatura

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Oxidação catalisada por bases e assistida por ultra-sons de 4,6-dimetildibenzotiofeno num sistema bifásico de diesel-acetonitrilo; em: Energy Fuels, 19 (1), 28 -34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Um novo método de obtenção de gasóleo com teor de enxofre ultra-baixo através da dessulfuração oxidativa assistida por ultra-sons; in: Fuel, Volume 82, Número 4, março de 2003, pp. 405-414(10), 2003.