Ультразвуковая альтернатива гидрообессериванию

Нефтеперерабатывающие заводы сталкиваются с увеличением поставок сернистой нефти, так называемой высокосернистой нефти, и в то же время экологические нормы требуют снижения содержания серы в бензине. В то же время затраты на традиционную гидродесульфуризацию (HDS) растут из-за необходимого водорода. Ультразвуковая кавитационная обработка является эффективным альтернативным методом удаления серы из сырой нефти.

Соответствие стандартам серы в масле с помощью ультразвука

Ископаемое топливо содержит соединения серы. Это происходит в результате разложения биологической материи, содержащей серу, во время естественного образования ископаемого топлива.

Транспортные средства, такие как автомобили, самолеты и морские суда или электростанции, вызывают выбросы диоксида серы (SO2) в результате сгорания нефтяного топлива. Та же сера – даже в очень низких концентрациях – Приводит к повреждению катализаторов из благородных металлов при последующем каталитическом риформинге на нефтеперерабатывающих заводах. Последние экологические нормы требуют очень глубокой сероочистки для соответствия спецификациям дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы (ULSD).
 

Установка с 192 кВт мощных ультразвуковых аппаратов для сероочистки сырой нефти

Фон – Гидрообессеривание (ГДС)

Гидрообессеривание (ГДС) является стандартным каталитическим процессом для удаления серы из нефтепродуктов. В этом процессе сернистые фракции сырой нефти смешиваются с водородом и катализатором для реакции с сероводородом. Как правило, катализатор состоит из глиноземистой основы, пропитанной кобальтом и молибденом. По мере того, как запасы нефти становятся более кислыми, для десульфурации требуется более высокое давление и альтернативные катализаторы. Стойкие ароматические соединения серы (например, 4,6-диметилдибензотиофен) не могут быть удалены с помощью гидродесульфурации из-за их низкой реакционной способности.

Ультразвуковая десульфуризация

Альтернативой гидродесульфурации является ультразвуковая десульфуризация. Воздействие на жидкости ультразвуковых волн высокой интенсивности вызывает акустическую кавитацию. Это образование и последующее насильственное схлопывание мелких вакуумных (кавитационных) пузырьков. На местном уровне экстремальные условия возникают из-за сильного схлопывания каждого пузыря:

• Температура: до 5000 Кельвинов
• Давление: до 2000 атмосфер
• Жидкостные струи: до 1000 км/ч.

Такие условия способствуют улучшению химического состава поверхности катализаторов за счет усиленного микроперемешивания. В частности, высокие местные температуры изменяют кинетику химической реакции в процессе десульфурации. Этот эффект позволяет использовать альтернативные – Дешевле – катализаторы или альтернативная химия десульфурации. Deshpande et al. (2004) исследует окислительную систему, состоящую из карбоната натрия и перекиси водорода в двухфазной системе дизельного топлива и ацетонитрила. К двухфазной системе применяли ультразвук. В результате исследования было достигнуто снижение содержания ДМДБТ более чем на 90% в образцах дизельного топлива.

Высокопроизводительный ультразвуковой аппарат для сероочистки сырой нефти

Hielscher является ведущим поставщиком ультразвуковых аппаратов высокой производительности во всем мире. Поскольку Hielscher разрабатывает и производит высокопроизводительные ультразвуковые процессоры мощностью до 16 кВт на одно устройство, нет никаких ограничений по размеру установки или производительности. Кластеры из нескольких систем мощностью 16 кВт используются для обработки больших объемных потоков. Промышленная переработка топлива не требует много ультразвуковой энергии. Фактическая потребность в энергии может быть определена с помощью настольного ультразвукового аппарата, такого как UIP1000hdT. Все результаты таких стендовых испытаний могут быть масштабированы полностью линейно, что позволяет реализовать процесс ультразвуковой десульфурации в промышленных масштабах.

При необходимости для ультразвуковой обработки в опасных условиях доступны ультразвуковые аппараты, сертифицированные ATEX (например, UIP1000-Exd).

Затраты на ультразвуковое исследование

Ультразвуковое исследование является эффективной технологией обработки. Затраты на ультразвуковую обработку в основном связаны с инвестициями
для ультразвуковых приборов, коммунальных расходов и обслуживания. Выдающаяся энергоэффективность (см. диаграмма) ультразвуковых аппаратов Hielscher помогает снизить затраты на коммунальные услуги.

Литература

Дешпанде, А., Басси, А., Пракаш, А. (2004): Ультразвуковое окисление, катализируемое основаниями, 4,6-диметилдибензотиофена в двухфазной дизель-ацетонитрильной системе; в: Energy Fuels, 19 (1), 28 -34, 2005.

Мэй Х., Мэй Б.В., Йен Т.Ф. (2003): Новый метод получения дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы методом окислительной десульфурации с ультразвуковым контролем; в: Топливо, том 82, номер 4, март 2003, стр. 405-414(10), 2003.