Alternativa cu ultrasunete la hidrodesulfurare

Rafinăriile de petrol se confruntă cu aprovizionări tot mai mari cu țiței cu conținut de sulf, așa-numitul țiței acid, în timp ce reglementările de mediu impun totodată un conținut mai redus de sulf în benzină. Concomitent, costurile hidrodesulfurării (HDS) convenționale cresc din cauza hidrogenului necesar. Tratamentul prin cavitație ultrasonică este o metodă alternativă eficientă pentru îndepărtarea sulfului din țiței.

Respectați standardele privind sulful din petrol prin sonicare

Combustibilii fosili conțin compuși ai sulfului. Aceștia rezultă din degradarea materiei biologice care conține sulf în timpul formării naturale a combustibililor fosili.

Vehiculele, precum autoturismele, aeronavele și navele maritime, sau centralele electrice produc emisii de dioxid de sulf (SO2) ca urmare a arderii combustibililor petrolieri. Același sulf – chiar și în concentrații foarte scăzute – provoacă daune catalizatorilor din metale nobile în etapa ulterioară de reformare catalitică din rafinăriile de petrol. Cele mai recente reglementări de mediu impun o desulfurare foarte profundă pentru a îndeplini specificațiile motorinei cu conținut ultrascăzut de sulf (ULSD).

Instalație cu 192 kW de sonicatoare de mare putere pentru desulfurarea țițeiurilor

Context – Hidrodesulfurarea (HDS)

Hidrodesulfurarea (HDS) este procesul catalitic standard pentru îndepărtarea sulfului din produsele petroliere. În acest proces, fracțiile cu conținut de sulf ale țițeiului sunt amestecate cu hidrogen și un catalizator pentru a reacționa, formând hidrogen sulfurat. De regulă, catalizatorul constă dintr-un suport de alumină impregnat cu cobalt și molibden. Pe măsură ce aprovizionările cu țiței devin mai acide, pentru desulfurare sunt necesare presiuni mai ridicate și catalizatori alternativi. Compușii aromatici recalcitranți ai sulfului (de ex. 4,6-dimethyldibenzothiophene) nu pot fi îndepărtați prin hidrodesulfurare, din cauza reactivității lor scăzute.

Desulfurarea asistată cu ultrasunete

O alternativă la hidrodesulfurare este desulfurarea asistată cu ultrasunete. Expunerea lichidelor la unde ultrasonice de intensitate ridicată provoacă cavitație acustică. Aceasta reprezintă formarea și colapsul violent ulterior al unor mici bule de vid (de cavitație). Local, din colapsul violent al fiecărei bule apar condiții extreme:

• Temperatură: până la 5000 Kelvin
• Presiune: până la 2000 de atmosfere
• Jeturi de lichid: până la 1000km/hr.

Astfel de condiții favorizează o chimie de suprafață mai bună a catalizatorilor prin micro-amestecare intensificată. În special, temperaturile locale ridicate modifică cinetica reacțiilor chimice ale procesului de desulfurare. Acest efect permite utilizarea unor catalizatori alternativi – mai puțin costisitori – sau a unei chimii alternative de desulfurare. Deshpande et al. (2004) investighează un sistem oxidativ compus din carbonat de sodiu și peroxid de hidrogen într-un sistem bifazic de motorină și acetonitril. Sistemul bifazic a fost supus ultrasonicării. Studiul a obținut o reducere a conținutului de DMDBT cu peste 90% în probele de motorină.

Sonicator de înaltă performanță pentru desulfurarea țițeiului

Hielscher este furnizorul lider la nivel mondial de sonicatoare de mare capacitate. Deoarece Hielscher proiectează și fabrică procesoare ultrasonice de înaltă performanță de până la 16kW putere per dispozitiv individual, nu există nicio limită în ceea ce privește dimensiunea instalației sau capacitatea de procesare. Clustere formate din mai multe sisteme de 16kW sunt utilizate pentru procesarea unor fluxuri volumice mai mari. Procesarea industrială a combustibililor nu necesită multă energie ultrasonică. Necesarul real de energie poate fi determinat cu ajutorul unui sonicator de banc, cum ar fi UIP1000hdT. Toate rezultatele unor astfel de teste la scară de banc pot fi scalate complet liniar, ceea ce facilitează implementarea procesului de desulfurare cu ultrasunete la scară de producție industrială.

Dacă este necesar, sunt disponibile ultrasonicatoare certificate ATEX (de ex. UIP1000-Exd) pentru sonicarea în medii periculoase.

Costurile ultrasonicării

Ultrasonicarea este o tehnologie de procesare eficientă. Costurile procesării cu ultrasunete rezultă în principal din investiția
în dispozitive cu ultrasunete, din costurile utilităților și din întreținere. Eficiența energetică remarcabilă (vezi graficul) a dispozitivelor cu ultrasunete Hielscher contribuie la reducerea costurilor utilităților.

Literatură

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Oxidare asistată cu ultrasunete, catalizată de bază, a 4,6-dimetildibenzotiofenului într-un sistem bifazic diesel-acetonitril; în: Energy Fuels, 19 (1), 28 -34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): A new method for obtaining ultra-low sulfur diesel fuel via ultrasound assisted oxidative desulfurization; în: Fuel, Volume 82, Number 4, March 2003, pp. 405-414(10), 2003.