Ultraljud alternativ till väteavsvavling

Oljeraffinaderierna står inför en ökande tillgång på svavelhaltig råolja, så kallad sur råolja, samtidigt som miljöregleringar pressar på lägre svavelhalt i bensin. Samtidigt ökar kostnaderna för konventionell väteavsvavling (HDS) på grund av det väte som behövs. Ultraljudskavitationsbehandling är en effektiv alternativ metod för att avlägsna svavel från råolja.

Uppfyll svavelstandarder i olja med ultraljudsbehandling

Fossila bränslen innehåller svavelföreningar. Dessa är resultatet av nedbrytningen av biologiskt material som innehåller svavel under den naturliga bildningen av fossila bränslen.

Fordon, såsom bilar, flygplan och marina fartyg eller kraftverk orsakar utsläpp av svaveldioxid (SO2) som ett resultat av förbränningen av petroleumbränsle. Samma svavel – även i mycket låga koncentrationer – Orsakar skador på ädelmetallkatalysatorer i nedströms katalytisk reformering i petroleumraffinaderier. De senaste miljöbestämmelserna kräver en mycket djup avsvavling för att uppfylla specifikationerna för diesel med ultralåg svavelhalt (ULSD).
 

Installation med 192 kW högeffektsonetikatorer för avsvavling av råoljor

Bakgrund – Hydroavsvavling (HDS)

Hydroavsvavling (HDS) är den vanliga katalytiska processen för avlägsnande av svavel från petroleumprodukter. I denna process blandas de svavelhaltiga fraktionerna av råoljan med väte och en katalysator för att reagera på vätesulfid. Vanligtvis består katalysatorn av en aluminiumoxidbas impregnerad med kobolt och molybden. När oljetillförseln blir surare krävs högre tryck och alternativa katalysatorer för avsvavlingen. Motsträviga aromatiska svavelföreningar (t.ex. 4,6-dimetyldibensotiofen) kan på grund av sin låga reaktivitet inte avlägsnas med väteavsvavling.

Ultraljudsassisterad avsvavling

Ett alternativ till väteavsvavling är ultraljudsassisterad avsvavling. Exponering av vätskor för ultraljudsvågor med hög intensitet orsakar akustisk kavitation. Detta är bildandet och den efterföljande våldsamma kollapsen av små vakuumbubblor (kavitation). Lokalt uppstår extrema förhållanden på grund av den våldsamma kollapsen av varje bubbla:

• Temperatur: upp till 5000 Kelvin
• Tryck: upp till 2000 atmosfärer
• Liquid Jets: upp till 1000 km/h.

Sådana förhållanden främjar en bättre ytkemi hos katalysatorer genom förbättrad mikroblandning. I synnerhet förändrar de höga lokala temperaturerna den kemiska reaktionskinetiken för avsvavlingsprocessen. Denna effekt gör det möjligt att – Billigare – katalysatorer eller alternativ avsvavlingskemi som ska användas. Deshpande et al. (2004) undersöker ett oxidativt system som består av natriumkarbonat och väteperoxid i ett bifasiskt system av diesel och acetonitril. Ultraljud tillämpades på det bifasiska systemet. Studien uppnådde en minskning av DMDBT-halten med mer än 90 % i dieselproverna.

Högpresterande sonikator för avsvavling av råolja

Hielscher är den ledande leverantören av ultraljudsapparater med hög kapacitet över hela världen. Eftersom Hielscher designar och tillverkar högpresterande ultraljudsprocessorer med en effekt på upp till 16 kW per enskild enhet, finns det ingen gräns för anläggningens storlek eller bearbetningskapacitet. Kluster av flera 16 kW-system används för bearbetning av större volymflöden. Industriell bränslebearbetning behöver inte mycket ultraljudsenergi. Det faktiska energibehovet kan bestämmas med hjälp av en bänk ultraljudsapparat som UIP1000hdT. Alla resultat från sådana bänkförsök kan skalas upp helt linjärt, vilket underlättar genomförandet av ultraljudsavsvavlingsprocessen i industriell produktionsskala.

Vid behov finns ATEX-certifierade ultraljudsapparater (t.ex. UIP1000-Exd) tillgängliga för ultraljudsbehandling i farliga miljöer.

Kostnader för ultraljud

Ultraljud är en effektiv bearbetningsteknik. Kostnader för ultraljudsbearbetning beror huvudsakligen på investeringen
för ultraljudsenheter, kostnader för allmännyttiga tjänster och underhåll. Den enastående energieffektiviteten (se diagram) av Hielscher ultraljudsenheter hjälper till att minska användningskostnaderna.

Litteratur

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Ultraljudsassisterad, baskatalyserad oxidation av 4,6-dimetyldibensotiofen i ett bifasiskt diesel-acetonitrilsystem; i: Energy Fuels, 19 (1), 28-34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): En ny metod för att erhålla dieselbränsle med ultralåg svavelhalt via ultraljudsassisterad oxidativ avsvavling; i: Fuel, volym 82, nummer 4, mars 2003, s. 405-414(10), 2003.