Ultrazvočna alternativa hidrodesulfurizaciji

Rafinerije nafte se soočajo z vse večjimi dobavami surove nafte z visoko vsebnostjo žvepla, tako imenovane žveplove surove nafte, medtem ko okoljski predpisi hkrati zahtevajo nižjo vsebnost žvepla v bencinu. Obenem stroški običajne hidrodesulfurizacije (HDS) naraščajo zaradi potrebnega vodika. Obdelava z ultrazvočno kavitacijo je učinkovita alternativna metoda za odstranjevanje žvepla iz surove nafte.

S sonikacijo izpolnite standarde glede vsebnosti žvepla v nafti

Fosilna goriva vsebujejo žveplove spojine. Te nastanejo zaradi razgradnje biološke snovi, ki vsebuje žveplo, med naravnim nastajanjem fosilnih goriv.

Vozila, kot so avtomobili, letala in ladje, ali elektrarne povzročajo emisije žveplovega dioksida (SO2) zaradi zgorevanja goriv iz nafte. Isto žveplo – tudi v zelo nizkih koncentracijah – poškoduje katalizatorje iz plemenitih kovin pri nadaljnjem katalitskem reformiranju v rafinerijah nafte. Najnovejši okoljski predpisi zahtevajo zelo temeljito razžveplanjevanje za izpolnjevanje specifikacij za dizelsko gorivo z ultranizko vsebnostjo žvepla (ULSD).
 

Postavitev visokozmogljivih sonikatorjev s skupno močjo 192 kW za razžveplanjevanje surove nafte

Ozadje – hidrodesulfurizacija (HDS)

Hidrodesulfurizacija (HDS) je standardni katalitski postopek za odstranjevanje žvepla iz naftnih proizvodov. Pri tem postopku se frakcije surove nafte, ki vsebujejo žveplo, zmešajo z vodikom in katalizatorjem, da reagirajo in tvorijo vodikov sulfid. Katalizator običajno sestavlja osnova iz aluminijevega oksida, impregnirana s kobaltom in molibdenom. Ker dobavljena nafta vsebuje vse več žvepla, so za razžveplanjevanje potrebni višji tlaki in alternativni katalizatorji. Težko odstranljivih aromatskih žveplovih spojin (npr. 4,6-dimethyldibenzothiophene) zaradi njihove nizke reaktivnosti ni mogoče odstraniti s hidrodesulfurizacijo.

Razžveplanjevanje s pomočjo ultrazvoka

Alternativa hidrodesulfurizaciji je razžveplanjevanje s pomočjo ultrazvoka. Izpostavljanje tekočin ultrazvočnim valovom visoke intenzivnosti povzroča akustično kavitacijo. To je nastajanje majhnih vakuumskih (kavitacijskih) mehurčkov in njihov poznejši silovit kolaps. Zaradi silovitega kolapsa vsakega mehurčka lokalno nastanejo ekstremne razmere:

• Temperatura: do 5000 kelvinov
• Tlak: do 2000 atmosfer
• Tekočinski curki: do 1000km/hr.

Takšne razmere z intenzivnejšim mikromešanjem izboljšajo kemijske procese na površini katalizatorjev. Zlasti visoke lokalne temperature spremenijo kinetiko kemijskih reakcij v postopku razžveplanjevanja. Ta učinek omogoča uporabo alternativnih – cenejših – katalizatorjev ali alternativnih kemijskih postopkov razžveplanjevanja. Deshpande in sod. (2004) raziskujejo oksidativni sistem, sestavljen iz natrijevega karbonata in vodikovega peroksida, v dvofaznem sistemu dizelskega goriva in acetonitrila. Dvofazni sistem je bil obdelan z ultrazvokom. V študiji so dosegli zmanjšanje vsebnosti DMDBT v vzorcih dizelskega goriva za več kot 90%.

Visokozmogljiv sonikator za razžveplanjevanje surove nafte

Hielscher je vodilni svetovni dobavitelj sonikatorjev z veliko zmogljivostjo. Ker Hielscher načrtuje in izdeluje visokozmogljive ultrazvočne procesorje z močjo do 16kW na posamezno napravo, velikost obrata ali zmogljivost obdelave nista omejeni. Za obdelavo večjih volumskih pretokov se uporabljajo skupine več sistemov z močjo 16kW. Industrijska obdelava goriv ne potrebuje veliko ultrazvočne energije. Dejanske potrebe po energiji je mogoče določiti z namiznim sonikatorjem, kot je UIP1000hdT. Vse rezultate takšnih namiznih preizkusov je mogoče povsem linearno prenesti na večje merilo, kar olajša uvedbo ultrazvočnega postopka razžveplanjevanja v industrijskem proizvodnem merilu.

Po potrebi so za sonikacijo v nevarnih okoljih na voljo ultrazvočne naprave s certifikatom ATEX (npr. UIP1000-Exd).

Stroški ultrazvočne obdelave

Ultrazvočna obdelava je učinkovita tehnologija obdelave. Stroški ultrazvočne obdelave izhajajo predvsem iz naložbe
v ultrazvočne naprave, stroškov oskrbe z energijo in drugimi obratovalnimi mediji ter vzdrževanja. Izjemna energijska učinkovitost (glejte diagram) ultrazvočnih naprav Hielscher pomaga zmanjšati stroške oskrbe z energijo in drugimi obratovalnimi mediji.

Literatura

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Z bazo katalizirana oksidacija spojine 4,6-Di­methyl­di­ben­zothio­phene s pomočjo ultrazvoka v dvofaznem sistemu dizelskega goriva in acetonitrila; v: Energy Fuels, 19 (1), 28 –34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Nova metoda pridobivanja dizelskega goriva z ultranizko vsebnostjo žvepla z oksidativnim razžveplanjevanjem s pomočjo ultrazvoka; v: Fuel, letnik 82, številka 4, March 2003, str. 405–414(10), 2003.