Ultrazvuková alternatíva k hydrodesulfurizácii

Ropné rafinérie čelia rastúcim dodávkam ropy s obsahom síry, takzvanej sírnatej ropy, zatiaľ čo environmentálne predpisy súčasne vyvíjajú tlak na znižovanie obsahu síry v benzíne. Zároveň rastú náklady na konvenčnú hydrodesulfurizáciu (HDS) v dôsledku potreby vodíka. Ošetrenie ultrazvukovou kavitáciou je účinnou alternatívnou metódou odstraňovania síry z ropy.

Splňte normy pre obsah síry v rope pomocou sonikácie

Fosílne palivá obsahujú zlúčeniny síry. Tie vznikajú rozkladom biologickej hmoty obsahujúcej síru počas prirodzeného vzniku fosílnych palív.

Dopravné prostriedky, ako sú automobily, lietadlá a námorné plavidlá, alebo elektrárne spôsobujú emisie oxidu siričitého (SO2) v dôsledku spaľovania ropných palív. Tá istá síra – dokonca aj vo veľmi nízkych koncentráciách – poškodzuje katalyzátory z ušľachtilých kovov pri následnom katalytickom reformovaní v ropných rafinériách. Najnovšie environmentálne predpisy vyžadujú veľmi hlboké odsírenie, aby sa splnili špecifikácie pre motorovú naftu s ultranízkym obsahom síry (ULSD).
 

Inštalácia vysokovýkonných sonikátorov s výkonom 192 kW na odsírenie ropy

Základné informácie – hydrodesulfurizácia (HDS)

Hydrodesulfurizácia (HDS) je štandardný katalytický proces odstraňovania síry z ropných produktov. Pri tomto procese sa frakcie ropy obsahujúce síru zmiešavajú s vodíkom a katalyzátorom, pričom reakciou vzniká sírovodík. Katalyzátor zvyčajne pozostáva z nosiča z oxidu hlinitého impregnovaného kobaltom a molybdénom. S rastúcim obsahom síry v dodávanej rope sú na odsírenie potrebné vyššie tlaky a alternatívne katalyzátory. Odolné aromatické zlúčeniny síry (napr. 4,6-dimetyldibenzotiofén) sa pre svoju nízku reaktivitu nedajú odstrániť hydrodesulfurizáciou.

Odsírenie podporované ultrazvukom

Alternatívou k hydrodesulfurizácii je odsírenie podporované ultrazvukom. Vystavenie kvapalín ultrazvukovým vlnám s vysokou intenzitou spôsobuje akustickú kavitáciu. Ide o vznik a následný prudký kolaps malých vákuových (kavitačných) bublín. Pri prudkom kolapse každej bubliny vznikajú lokálne extrémne podmienky:

• Teplota: až 5000 kelvinov
• Tlak: až 2000 atmosfér
• Kvapalinové prúdy: až 1000km/hr.

Takéto podmienky zlepšujú chemické procesy na povrchu katalyzátorov vďaka intenzívnejšiemu mikromiešaniu. Najmä vysoké lokálne teploty menia kinetiku chemických reakcií procesu odsírenia. Tento účinok umožňuje používať alternatívne – lacnejšie – katalyzátory alebo alternatívne chemické postupy odsírenia. Deshpande a kol. (2004) skúmajú oxidačný systém pozostávajúci z uhličitanu sodného a peroxidu vodíka v dvojfázovom systéme motorovej nafty a acetonitrilu. Na dvojfázový systém sa aplikoval ultrazvuk. V štúdii sa dosiahlo zníženie obsahu DMDBT vo vzorkách motorovej nafty o viac ako 90%.

Vysokovýkonný sonikátor na odsírenie ropy

Hielscher je popredným svetovým dodávateľom sonikátorov s vysokou spracovateľskou kapacitou. Keďže Hielscher navrhuje a vyrába vysokovýkonné ultrazvukové procesory s výkonom až 16kW na jedno zariadenie, veľkosť prevádzky ani spracovateľská kapacita nie sú obmedzené. Na spracovanie väčších objemových prietokov sa používajú zostavy viacerých systémov s výkonom 16kW. Priemyselné spracovanie palív nevyžaduje veľa ultrazvukovej energie. Skutočnú potrebu energie možno určiť pomocou stolového sonikátora, ako je UIP1000hdT. Všetky výsledky takýchto stolových skúšok možno preniesť do väčšej mierky úplne lineárne, čo uľahčuje zavedenie procesu ultrazvukového odsírenia do priemyselnej výroby.

V prípade potreby sú na sonikáciu v nebezpečných prostrediach k dispozícii ultrazvukové zariadenia s certifikáciou ATEX (napr. UIP1000-Exd).

Náklady na sonikáciu

Sonikácia je účinná technológia spracovania. Náklady na ultrazvukové spracovanie pozostávajú najmä z investícií
do ultrazvukových zariadení, nákladov na energie a médiá a údržby. Vynikajúca energetická účinnosť (pozri graf) ultrazvukových zariadení Hielscher pomáha znižovať náklady na energie a médiá.

Literatúra

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Ultrazvukom podporovaná, zásadito katalyzovaná oxidácia 4,6-dimetyldibenzotiofénu v dvojfázovom systéme motorová nafta – acetonitril; in: Energy Fuels, 19 (1), 28 -34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Nová metóda získavania motorovej nafty s ultranízkym obsahom síry pomocou ultrazvukom podporovaného oxidačného odsírenia; in: Fuel, ročník 82, číslo 4, March 2003, s. 405–414(10), 2003.