Alternativa ultrassónica à hidrodessulfurização

As refinarias de petróleo enfrentam um aumento do fornecimento de petróleo bruto com elevado teor de enxofre, o chamado petróleo bruto ácido, ao mesmo tempo que a regulamentação ambiental exige 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 ultrassónica é um método alternativo eficaz para remover o enxofre do petróleo bruto.

Cumpra as normas relativas ao enxofre no petróleo com a sonicação

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

Os veículos, como automóveis, aeronaves e embarcações, ou as centrais elétricas provocam emissões de dióxido de enxofre (SO2) em resultado da combustão de combustíveis derivados do petróleo. Esse mesmo enxofre – mesmo em concentrações muito baixas – danifica os catalisadores de metais nobres utilizados a jusante na reformação catalítica nas refinarias de petróleo. A regulamentação ambiental mais recente exige uma dessulfurização muito profunda para cumprir as especificações do gasóleo com teor ultrabaixo de enxofre (ULSD).
 

Instalação com 192 kW de sonicadores de alta potência para a dessulfurização de petróleos brutos

Enquadramento – Hidrodessulfurização (HDS)

Hidrodessulfurização (HDS) é o processo catalítico padrão para a remoção de enxofre de produtos petrolíferos. Neste processo, as frações do petróleo bruto que contêm enxofre são misturadas com hidrogénio e um catalisador para reagirem e formarem sulfureto de hidrogénio. Normalmente, o catalisador consiste numa base de alumina impregnada com cobalto e molibdénio. À medida que o petróleo fornecido apresenta um teor de enxofre mais elevado, são necessárias pressões mais altas e catalisadores alternativos para a dessulfurização. Os compostos aromáticos de enxofre recalcitrantes (por exemplo, o 4,6-dimetildibenzotiofeno) não podem ser removidos por hidrodessulfurização devido à sua baixa reatividade.

Dessulfurização assistida por ultrassons

Uma alternativa à hidrodessulfurização é a dessulfurização assistida por ultrassons. A exposição de líquidos a ondas ultrassónicas de alta intensidade provoca cavitação acústica. Esta consiste na formação e no subsequente colapso violento de pequenas bolhas de vácuo (cavitação). Localmente, o colapso violento de cada bolha gera condições extremas:

• Temperatura: até 5000 Kelvin
• Pressão: até 2000 atmosferas
• Jatos de líquido: até 1000km/hr.

Estas condições promovem uma melhor química de superfície dos catalisadores através de uma micromistura mais intensa. Em particular, as temperaturas locais elevadas alteram a cinética das reações químicas do processo de dessulfurização. Este efeito permite utilizar catalisadores alternativos – menos dispendiosos – ou vias químicas alternativas de dessulfurização. Deshpande et al. (2004) investigam um sistema oxidativo composto por carbonato de sódio e peróxido de hidrogénio num sistema bifásico de gasóleo e acetonitrilo. Foi aplicada sonicação ao sistema bifásico. O estudo obteve uma redução do teor de DMDBT superior a 90% nas amostras de gasóleo.

Sonicador de alto desempenho para a dessulfurização de petróleo bruto

A Hielscher é o fornecedor líder mundial de sonicadores de elevada capacidade. Como a Hielscher concebe e fabrica processadores ultrassónicos de alto desempenho com uma potência de até 16kW por dispositivo, não há limites para a dimensão da instalação ou para a capacidade de processamento. São utilizados conjuntos de vários sistemas de 16kW para processar caudais volumétricos mais elevados. O processamento industrial de combustíveis não necessita de muita energia ultrassónica. A necessidade real de energia pode ser determinada utilizando um sonicador de bancada, como o UIP1000hdT. Todos os resultados desses ensaios de bancada podem ser transpostos para uma escala superior de forma totalmente linear, o que facilita a implementação do processo de dessulfurização ultrassónica à escala de produção industrial.

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

Custos da sonicação

A sonicação é uma tecnologia de processamento eficaz. Os custos do processamento ultrassónico resultam principalmente do investimento
em dispositivos ultrassónicos, dos custos de serviços auxiliares e da manutenção. A excecional eficiência energética (ver gráfico) dos dispositivos ultrassónicos Hielscher ajuda a reduzir os custos de serviços auxiliares.

Bibliografia

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Oxidação de 4,6-dimetildibenzotiofeno assistida por ultrassons e catalisada por uma base num sistema bifásico de gasóleo e acetonitrilo; em: Energy Fuels, 19 (1), 28–34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Um novo método para obter gasóleo com teor ultrabaixo de enxofre através de dessulfurização oxidativa assistida por ultrassons; em: Fuel, Volume 82, Número 4, março de 2003, pp. 405–414(10), 2003.