การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์เป็นทางเลือกแทนการกำจัดกำมะถันด้วยไฮโดรเจน

โรงกลั่นน้ำมันกำลังเผชิญกับปริมาณน้ำมันดิบที่มีกำมะถันสูง หรือที่เรียกว่าน้ำมันดิบเปรี้ยว ซึ่งมีเข้ามาเพิ่มขึ้น ขณะเดียวกัน ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมก็กดดันให้ลดปริมาณกำมะถันในน้ำมันเบนซิน นอกจากนี้ ต้นทุนของการกำจัดกำมะถันด้วยไฮโดรเจน (HDS) แบบดั้งเดิมยังเพิ่มขึ้นเนื่องจากความต้องการใช้ไฮโดรเจน การบำบัดด้วยคาวิเทชันจากคลื่นอัลตราซาวนด์เป็นวิธีทางเลือกที่มีประสิทธิภาพในการกำจัดกำมะถันออกจากน้ำมันดิบ

ทำให้น้ำมันมีปริมาณกำมะถันตามมาตรฐานด้วยการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์

เชื้อเพลิงฟอสซิลมีสารประกอบกำมะถัน สารประกอบเหล่านี้เกิดจากการสลายตัวของสารชีวภาพที่มีกำมะถันในระหว่างการก่อตัวของเชื้อเพลิงฟอสซิลตามธรรมชาติ

ยานพาหนะ เช่น รถยนต์ อากาศยาน และเรือเดินทะเล หรือโรงไฟฟ้า ปล่อยซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงปิโตรเลียม กำมะถันชนิดเดียวกันนี้ – แม้มีความเข้มข้นต่ำมาก – ก็ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีตระกูลเสียหายในกระบวนการรีฟอร์มิงด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่อยู่ในขั้นตอนถัดไปของโรงกลั่นปิโตรเลียม ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมล่าสุดกำหนดให้ต้องกำจัดกำมะถันอย่างล้ำลึกเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของน้ำมันดีเซลกำมะถันต่ำพิเศษ (ULSD)
 

การติดตั้งเครื่องอัลตราซาวนด์กำลังสูงที่มีกำลังรวม 192 kW สำหรับการกำจัดกำมะถันออกจากน้ำมันดิบ

ข้อมูลพื้นฐาน – การกำจัดกำมะถันด้วยไฮโดรเจน (HDS)

การกำจัดกำมะถันด้วยไฮโดรเจน (HDS) เป็นกระบวนการเร่งปฏิกิริยามาตรฐานสำหรับการกำจัดกำมะถันออกจากผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม ในกระบวนการนี้ ส่วนแยกของน้ำมันดิบที่มีกำมะถันจะถูกผสมกับไฮโดรเจนและตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาได้ไฮโดรเจนซัลไฟด์ โดยทั่วไป ตัวเร่งปฏิกิริยาประกอบด้วยฐานอะลูมินาที่อิมเพรกเนตด้วยโคบอลต์และโมลิบดีนัม เมื่อน้ำมันที่จัดหามามีความเปรี้ยวมากขึ้น การกำจัดกำมะถันก็ต้องใช้ความดันสูงขึ้นและตัวเร่งปฏิกิริยาทางเลือก สารประกอบกำมะถันอะโรมาติกที่ทำปฏิกิริยาได้ยาก (เช่น 4,6-dimethyldibenzothiophene) ไม่สามารถกำจัดได้ด้วยการกำจัดกำมะถันด้วยไฮโดรเจน เนื่องจากมีความไวต่อปฏิกิริยาต่ำ

การกำจัดกำมะถันโดยใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วย

ทางเลือกหนึ่งแทนการกำจัดกำมะถันด้วยไฮโดรเจนคือการกำจัดกำมะถันโดยใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วย การให้ของเหลวสัมผัสกับคลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงทำให้เกิดคาวิเทชันทางเสียง ซึ่งเป็นการก่อตัวของฟองสุญญากาศขนาดเล็ก (ฟองคาวิเทชัน) และการยุบตัวอย่างรุนแรงที่ตามมา การยุบตัวอย่างรุนแรงของฟองแต่ละฟองทำให้เกิดสภาวะสุดขั้วเฉพาะบริเวณดังนี้:

• อุณหภูมิ: สูงถึง 5000 เคลวิน
• ความดัน: สูงถึง 2000 บรรยากาศ
• ลำพุ่งของของเหลว: ความเร็วสูงถึง 1000km/hr.

สภาวะดังกล่าวส่งเสริมให้เคมีพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาดีขึ้นด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการผสมระดับจุลภาค โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อุณหภูมิสูงเฉพาะบริเวณจะเปลี่ยนจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมีในกระบวนการกำจัดกำมะถัน ผลนี้ทำให้สามารถใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทางเลือก – ที่มีราคาถูกกว่า – หรือใช้วิธีทางเคมีอื่นในการกำจัดกำมะถันได้ Deshpande และคณะ (2004) ศึกษาระบบออกซิเดชันที่ประกอบด้วยโซเดียมคาร์บอเนตและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในระบบสองเฟสของน้ำมันดีเซลและอะซีโทไนไตรล์ โดยใช้คลื่นอัลตราซาวนด์กับระบบสองเฟสนี้ การศึกษาสามารถลดปริมาณ DMDBT ในตัวอย่างน้ำมันดีเซลได้มากกว่า 90%

เครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการกำจัดกำมะถันออกจากน้ำมันดิบ

Hielscher เป็นผู้จัดหาเครื่องอัลตราซาวนด์ที่มีขีดความสามารถสูงชั้นนำของโลก เนื่องจาก Hielscher ออกแบบและผลิตเครื่องแปรรูปด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงที่มีกำลังสูงถึง 16kW ต่อเครื่อง จึงไม่มีข้อจำกัดด้านขนาดโรงงานหรือกำลังการแปรรูป มีการใช้ระบบ 16kW หลายระบบรวมกันเป็นกลุ่มเพื่อแปรรูปของเหลวที่มีอัตราการไหลเชิงปริมาตรสูงขึ้น การแปรรูปเชื้อเพลิงระดับอุตสาหกรรมไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานอัลตราซาวนด์มากนัก สามารถหาความต้องการพลังงานที่แท้จริงได้โดยใช้เครื่องอัลตราซาวนด์แบบตั้งโต๊ะ เช่น UIP1000hdT ผลลัพธ์ทั้งหมดจากการทดลองแบบตั้งโต๊ะดังกล่าวสามารถขยายขนาดได้อย่างเป็นเชิงเส้นโดยสมบูรณ์ ซึ่งช่วยให้สามารถนำกระบวนการกำจัดกำมะถันด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์ไปใช้ในการผลิตระดับอุตสาหกรรมได้สะดวกขึ้น

หากจำเป็น มีเครื่องอัลตราซาวนด์ที่ได้รับการรับรอง ATEX (เช่น UIP1000-Exd) สำหรับการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ในสภาพแวดล้อมอันตราย

ต้นทุนของการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์

การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์เป็นเทคโนโลยีการแปรรูปที่มีประสิทธิภาพ ต้นทุนการแปรรูปด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์ส่วนใหญ่เกิดจากการลงทุน
ในอุปกรณ์อัลตราซาวนด์ ค่าใช้จ่ายด้านสาธารณูปโภค และการบำรุงรักษา ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่โดดเด่น (ดู แผนภูมิ) ของอุปกรณ์อัลตราซาวนด์ Hielscher ช่วยลดค่าใช้จ่ายด้านสาธารณูปโภค

เอกสารวิชาการ

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): การออกซิเดชันของ 4,6-Dimethyldibenzothiophene โดยใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและคลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยในระบบสองเฟสของน้ำมันดีเซลและอะซีโทไนไตรล์; ใน: Energy Fuels, 19 (1), 28–34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): วิธีใหม่ในการผลิตน้ำมันดีเซลกำมะถันต่ำพิเศษด้วยการกำจัดกำมะถันแบบออกซิเดชันโดยใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วย; ใน: Fuel, เล่มที่ 82, ฉบับที่ 4, มีนาคม 2003, หน้า 405–414(10), 2003.