Ultraljud som alternativ till hydroavsvavling

Oljeraffinaderier får allt större leveranser av svavelhaltig råolja, så kallad sur råolja, samtidigt som miljöbestämmelser ställer krav på lägre svavelhalt i bensin. Samtidigt stiger kostnaderna för konventionell hydroavsvavling (HDS) på grund av det vätgasbehov som processen medför. Behandling med ultraljudskavitation är en effektiv alternativ metod för att avlägsna svavel ur råolja.

Uppfyll kraven på svavelhalt i olja med ultraljudsbehandling

Fossila bränslen innehåller svavelföreningar. Dessa uppstår genom nedbrytning av svavelhaltigt biologiskt material under den naturliga bildningen av fossila bränslen.

Fordon, såsom bilar, flygplan och fartyg, eller kraftverk orsakar utsläpp av svaveldioxid (SO2) vid förbränning av petroleumbaserade bränslen. Samma svavel – även i mycket låga koncentrationer – skadar ädelmetallkatalysatorer vid den efterföljande katalytiska reformeringen i oljeraffinaderier. De senaste miljöbestämmelserna kräver mycket långtgående avsvavling för att uppfylla specifikationerna för diesel med ultralåg svavelhalt (ULSD).
 

Installation med 192 kW högeffektiva ultraljudsapparater för avsvavling av råoljor

Bakgrund – Hydroavsvavling (HDS)

Hydroavsvavling (HDS) är den katalytiska standardprocessen för att avlägsna svavel ur petroleumprodukter. I denna process blandas råoljans svavelhaltiga fraktioner med vätgas och en katalysator så att svavelväte bildas genom reaktion. Katalysatorn består vanligtvis av en aluminiumoxidbas impregnerad med kobolt och molybden. När den levererade oljan blir allt svavelrikare krävs högre tryck och alternativa katalysatorer för avsvavlingen. Svårreaktiva aromatiska svavelföreningar (t.ex. 4,6-dimetyldibensotiofen) kan inte avlägsnas genom hydroavsvavling på grund av sin låga reaktivitet.

Ultraljudsassisterad avsvavling

Ett alternativ till hydroavsvavling är ultraljudsassisterad avsvavling. När vätskor utsätts för högintensiva ultraljudsvågor uppstår akustisk kavitation. Det innebär att små vakuumbubblor (kavitationsbubblor) bildas och därefter kollapsar våldsamt. Lokalt uppstår extrema förhållanden när varje bubbla kollapsar våldsamt:

• Temperatur: upp till 5000 kelvin
• Tryck: upp till 2000 atmosfärer
• Vätskestrålar: upp till 1000km/hr.

Sådana förhållanden främjar bättre ytkemi hos katalysatorer genom förbättrad mikroblandning. Framför allt förändrar de höga lokala temperaturerna avsvavlingsprocessens kemiska reaktionskinetik. Denna effekt gör det möjligt att använda alternativa – billigare – katalysatorer eller alternativ avsvavlingskemi. Deshpande et al. (2004) undersöker ett oxidativt system bestående av natriumkarbonat och väteperoxid i ett tvåfassystem med diesel och acetonitril. Tvåfassystemet behandlades med ultraljud. Studien uppnådde en minskning av DMDBT-halten med mer än 90% i dieselproverna.

Högpresterande ultraljudsapparat för avsvavling av råolja

Hielscher är världens ledande leverantör av ultraljudsapparater med hög kapacitet. Eftersom Hielscher utvecklar och tillverkar högpresterande ultraljudsprocessorer med en effekt på upp till 16kW per enskild enhet finns det ingen gräns för anläggningens storlek eller bearbetningskapacitet. Kluster av flera 16kW-system används för bearbetning av större volymflöden. Industriell bränslebearbetning kräver inte mycket ultraljudsenergi. Det faktiska energibehovet kan bestämmas med en ultraljudsapparat av bänkmodell, såsom UIP1000hdT. Alla resultat från sådana försök i bänkskala kan skalas upp helt linjärt, vilket underlättar införandet av ultraljudsavsvavling i industriell produktionsskala.

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

Kostnader för ultraljudsbehandling

Ultraljudsbehandling är en effektiv bearbetningsteknik. Kostnaderna för ultraljudsbearbetning utgörs huvudsakligen av investeringen
i ultraljudsapparater, energi- och försörjningskostnader samt underhåll. Den enastående energieffektiviteten (se diagram) hos Hielschers ultraljudsapparater bidrar till att minska energi- och försörjningskostnaderna.

Litteratur

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

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