Ультразвуковая альтернатива гидрообессериванию

Нефтеперерабатывающие заводы сталкиваются с увеличением поставок сернистой сырой нефти, в то время как экологические нормы требуют снижения содержания серы в бензине. Одновременно растут затраты на традиционное гидрообессеривание (HDS) из-за необходимости использования водорода. Ультразвуковая кавитационная обработка является эффективным альтернативным методом удаления серы из сырой нефти.

Соблюдение нормативов содержания серы в нефти с помощью обработки ультразвуком

Ископаемое топливо содержит соединения серы. Они образуются в результате разложения серосодержащего биологического материала в процессе естественного формирования ископаемого топлива.

Транспортные средства, такие как автомобили, самолёты и морские суда, а также электростанции вызывают выбросы диоксида серы (SO2) в результате сжигания нефтяного топлива. Эта же сера – даже в очень низких концентрациях – повреждает катализаторы на основе благородных металлов на последующей стадии каталитического риформинга на нефтеперерабатывающих заводах. Новейшие экологические нормы требуют очень глубокого обессеривания для соответствия спецификациям дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы (ULSD).
 

Установка с мощными ультразвуковыми аппаратами общей мощностью 192 kW для обессеривания сырой нефти

Общие сведения – гидрообессеривание (HDS)

Гидрообессеривание (HDS) – стандартный каталитический процесс удаления серы из нефтепродуктов. В этом процессе сернистые фракции сырой нефти смешивают с водородом и катализатором, чтобы в результате реакции образовался сероводород. Обычно катализатор состоит из основы из оксида алюминия, пропитанной кобальтом и молибденом. По мере увеличения содержания серы в поставляемой нефти для обессеривания требуются более высокие давления и альтернативные катализаторы. Устойчивые ароматические соединения серы (например, 4,6-dimethyldibenzothiophene) невозможно удалить с помощью гидрообессеривания из-за их низкой реакционной способности.

Обессеривание с помощью ультразвука

Альтернативой гидрообессериванию является обессеривание с помощью ультразвука. Воздействие ультразвуковых волн высокой интенсивности на жидкости вызывает акустическую кавитацию. Это образование и последующее резкое схлопывание небольших вакуумных (кавитационных) пузырьков. При резком схлопывании каждого пузырька локально возникают экстремальные условия:

• Температура: до 5000 кельвинов
• Давление: до 2000 атмосфер
• Струи жидкости: до 1000км/ч.

Такие условия улучшают химические процессы на поверхности катализаторов благодаря усиленному микроперемешиванию. В частности, высокие локальные температуры изменяют кинетику химических реакций процесса обессеривания. Этот эффект позволяет использовать альтернативные – менее дорогие – катализаторы или альтернативные химические процессы обессеривания. Deshpande и соавт. (2004) исследуют окислительную систему, состоящую из карбоната натрия и перекиси водорода, в двухфазной системе дизельного топлива и ацетонитрила. К двухфазной системе применяли обработку ультразвуком. В ходе исследования удалось снизить содержание DMDBT в образцах дизельного топлива более чем на 90%.

Высокопроизводительный ультразвуковой аппарат для обессеривания сырой нефти

Hielscher является ведущим мировым поставщиком ультразвуковых аппаратов высокой производительности. Поскольку Hielscher разрабатывает и производит высокопроизводительные ультразвуковые процессоры мощностью до 16kW на одно устройство, размер установки и производительность обработки не ограничены. Для обработки потоков большего объёма используются группы из нескольких систем мощностью 16kW. Промышленная обработка топлива не требует большого количества ультразвуковой энергии. Фактическую потребность в энергии можно определить с помощью настольного ультразвукового аппарата, такого как UIP1000hdT. Все результаты таких настольных испытаний можно масштабировать совершенно линейно, что облегчает внедрение процесса ультразвукового обессеривания в масштабах промышленного производства.

При необходимости доступны ультразвуковые аппараты с сертификацией ATEX (например, UIP1000-Exd) для обработки ультразвуком во взрывоопасных средах.

Затраты на обработку ультразвуком

Обработка ультразвуком является эффективной технологией обработки. Затраты на ультразвуковую обработку складываются главным образом из капиталовложений
в ультразвуковые устройства, затрат на энергоснабжение и техническое обслуживание. Исключительная энергоэффективность (см. диаграмму) ультразвуковых устройств Hielscher помогает снизить затраты на энергоснабжение.

Литература

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Катализируемое основанием окисление 4,6-Di­methyl­di­ben­zothio­phene с помощью ультразвука в двухфазной системе дизельное топливо – ацетонитрил; в: Energy Fuels, 19 (1), 28 –34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Новый метод получения дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы путём окислительного обессеривания с помощью ультразвука; в: Fuel, том 82, номер 4, March 2003, с. 405–414(10), 2003.