Ultrazvuková alternatíva k hydrodesulfurizácii

Ropné rafinérie čelia rastúcim dodávkam sírnej ropy, tzv. kyslej ropy, a zároveň tlaku environmentálnych predpisov na nižší obsah síry v benzíne. Zároveň rastú náklady na konvenčnú hydrodesulfurizáciu (HDS) kvôli potrebnému vodíku. Ultrazvuková kavitačná úprava je účinnou alternatívnou metódou na odstránenie síry zo surovej ropy.

Spĺňajte normy síry v oleji so sonikáciou

Fosílne palivá obsahujú zlúčeniny síry. Tie sú výsledkom degradácie biologickej hmoty obsahujúcej síru počas prirodzenej tvorby fosílnych palív.

Vozidlá, ako sú autá, lietadlá a námorné plavidlá alebo elektrárne, spôsobujú emisie oxidu siričitého (SO2) v dôsledku spaľovania ropného paliva. Rovnaká síra – aj vo veľmi nízkych koncentráciách – spôsobuje škody na katalyzátoroch z ušľachtilých kovov pri následnom katalytickom reformovaní v ropných rafinériách. Najnovšie environmentálne predpisy vyžadujú veľmi hlboké odsírenie, aby sa splnili špecifikácie nafty s ultra nízkym obsahom síry (ULSD).
 

Inštalácia s 192 kW vysokovýkonných sonikátorov na odsírenie ropy

Pozadie – Hydrodesulfurizácia (HDS)

Hydrodesulfurizácia (HDS) je štandardný katalytický proces na odstraňovanie síry z ropných produktov. V tomto procese sa sírne frakcie ropy zmiešajú s vodíkom a katalyzátorom, aby reagovali na sírovodík. Katalyzátor zvyčajne pozostáva z bázy oxidu hlinitého impregnovaného kobaltom a molybdénom. Keďže zásoby ropy sú kyslejšie, na odsírenie sú potrebné vyššie tlaky a alternatívne katalyzátory. Nepoddajné aromatické zlúčeniny síry (napr. 4,6-dimetyldibenzotiofén) nemožno odstrániť hydrodesulfurizáciou kvôli ich nízkej reaktivite.

ultrazvukom asistované odsírenie

Alternatívou k hydrodesulfurizácii je ultrazvukom asistované odsírenie. Vystavenie kvapalín ultrazvukovým vlnám vysokej intenzity spôsobuje akustickú kavitáciu. Ide o vznik a následný prudký kolaps malých vákuových (kavitačných) bublín. Lokálne extrémne podmienky vznikajú z prudkého kolapsu každej bubliny:

• Teplota: do 5000 Kelvinov
• Tlak: do 2000 atmosfér
• Kvapalinové trysky: až 1000 km/h.

Takéto podmienky podporujú lepšiu povrchovú chémiu katalyzátorov zvýšeným mikromiešaním. Najmä vysoké miestne teploty menia kinetiku chemickej reakcie procesu odsírenia. Tento efekt umožňuje alternatívu – Lacnejšie – katalyzátory alebo alternatívna chémia odsírenia, ktorá sa má použiť. Deshpande et al. (2004) skúma oxidačný systém zložený z uhličitanu sodného a peroxidu vodíka v dvojfázovom systéme nafty a acetonitrilu. Ultrazvuk bol aplikovaný na dvojfázový systém. Štúdia dosiahla zníženie obsahu DMDBT o viac ako 90 % vo vzorkách nafty.

Vysokovýkonný sonikátor na odsírenie ropy

Spoločnosť Hielscher je popredným dodávateľom vysokokapacitných sonikátorov na celom svete. Keďže spoločnosť Hielscher navrhuje a vyrába vysokovýkonné ultrazvukové procesory s výkonom až 16 kW na jedno zariadenie, neexistuje žiadny limit vo veľkosti závodu alebo spracovateľskej kapacite. Na spracovanie väčších objemových prietokov sa využívajú zoskupenia niekoľkých 16kW systémov. Priemyselné spracovanie paliva nepotrebuje veľa ultrazvukovej energie. Skutočnú spotrebu energie je možné určiť pomocou stolového sonikátora, ako je UIP1000hdT. Všetky výsledky takýchto stolových skúšok je možné úplne lineárne rozšíriť, čo uľahčuje implementáciu procesu ultrazvukovej odsírenia v priemyselnom výrobnom meradle.

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

Náklady na ultrazvuk

Ultrazvuk je efektívna technológia spracovania. Náklady na ultrazvukové spracovanie vyplývajú najmä z investície
pre ultrazvukové prístroje, náklady na energie a údržbu. Vynikajúca energetická účinnosť (pozri graf) ultrazvukových prístrojov Hielscher pomáha znižovať náklady na energie.

Literatúra

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Ultrazvukom podporovaná, bázou katalyzovaná oxidácia 4,6-dimetyldibenzotiofénu v dvojfázovom diesel-acetonitrilovom systéme; in: Energetické palivá, 19 (1), 28 -34, 2005.

Mei H., Mei BW, Yen TF (2003): Nová metóda získavania motorovej nafty s ultra nízkym obsahom síry pomocou ultrazvukom asistovaného oxidačného odsírenia; in: Fuel, zväzok 82, číslo 4, marec 2003, s. 405-414(10), 2003.