Hidrodesülfürizasyona Ultrasonik Alternatif

Petrol rafinerileri, ekşi ham petrol olarak adlandırılan kükürtlü ham petrol arzının artmasıyla karşı karşıya kalırken, çevre düzenlemeleri de benzinin kükürt içeriğinin azaltılması yönünde baskı oluşturmaktadır. Aynı zamanda, ihtiyaç duyulan hidrojen nedeniyle geleneksel hidrodesülfürizasyonun (HDS) maliyetleri artmaktadır. Ultrasonik kavitasyon işlemi, ham petrolden kükürdü uzaklaştırmak için etkili bir alternatif yöntemdir.

Sonikasyon ile Petroldeki Kükürt Standartlarını Karşılayın

Fosil yakıtlar kükürt bileşikleri içerir. Bu bileşikler, fosil yakıtların doğal oluşumu sırasında kükürt içeren biyolojik maddelerin bozunması sonucunda ortaya çıkar.

Otomobiller, uçaklar ve deniz taşıtları gibi araçlar veya enerji santralleri, petrol kökenli yakıtların yanması sonucunda kükürt dioksit (SO2) emisyonlarına neden olur. Aynı kükürt, çok düşük konsantrasyonlarda bile, petrol rafinerilerindeki sonraki katalitik reformlama aşamasında kullanılan soy metal katalizörlere zarar verir. En güncel çevre düzenlemeleri, ultra düşük kükürtlü dizel (ULSD) spesifikasyonlarını karşılamak için kükürdün çok ileri düzeyde giderilmesini gerektirir.
 

Ham petrollerin kükürtten arındırılması için toplam 192 kW gücünde yüksek güçlü sonikatörlerden oluşan kurulum

Arka Plan – Hidrodesülfürizasyon (HDS)

Hidrodesülfürizasyon (HDS) petrol ürünlerinden kükürdün uzaklaştırılmasında kullanılan standart katalitik süreçtir. Bu süreçte, ham petrolün kükürtlü fraksiyonları hidrojen ve bir katalizörle karıştırılarak reaksiyon sonucunda hidrojen sülfür oluşturulur. Katalizör genellikle kobalt ve molibden emdirilmiş bir alümina taşıyıcıdan oluşur. Tedarik edilen petrolün kükürt içeriği arttıkça, kükürt giderimi için daha yüksek basınçlar ve alternatif katalizörler gerekir. Dirençli aromatik kükürt bileşikleri (ör. 4,6-dimetildibenzotiyofen), düşük reaktiviteleri nedeniyle hidrodesülfürizasyon kullanılarak uzaklaştırılamaz.

Ultrason Destekli Kükürt Giderimi

Hidrodesülfürizasyona bir alternatif, ultrason destekli kükürt giderimidir. Sıvıların yüksek yoğunluklu ultrasonik dalgalara maruz bırakılması akustik kavitasyona neden olur. Bu, küçük vakum (kavitasyon) kabarcıklarının oluşması ve ardından şiddetle çökmesidir. Her bir kabarcığın şiddetle çökmesi sonucunda yerel olarak aşırı koşullar ortaya çıkar:

• Sıcaklık: 5000 Kelvin’e kadar
• Basınç: 2000 atmosfere kadar
• Sıvı Jetleri: 1000km/hr. hızına kadar

Bu koşullar, mikro karışımı artırarak katalizörlerin yüzey kimyasını iyileştirir. Özellikle yüksek yerel sıcaklıklar, kükürt giderim sürecinin kimyasal reaksiyon kinetiğini değiştirir. Bu etki, alternatif – daha ucuz – katalizörlerin veya alternatif kükürt giderim kimyasının kullanılmasını sağlar. Deshpande ve diğerleri (2004), dizel ve asetonitrilden oluşan iki fazlı bir sistemde sodyum karbonat ve hidrojen peroksitten oluşan oksidatif bir sistemi incelemektedir. İki fazlı sisteme ultrasonikasyon uygulanmıştır. Çalışmada, dizel numunelerindeki DMDBT içeriğinde %90’dan fazla azalma sağlanmıştır.

Ham Petrolün Kükürtten Arındırılması için Yüksek Performanslı Sonikatör

Hielscher, dünya çapında yüksek kapasiteli sonikatörlerin lider tedarikçisidir. Hielscher, tek bir cihaz başına 16kW’a kadar güce sahip yüksek performanslı ultrasonik işlemciler tasarlayıp ürettiğinden, tesis büyüklüğü veya işleme kapasitesi açısından herhangi bir sınır yoktur. Daha büyük hacimli akışların işlenmesinde birden fazla 16kW sisteminden oluşan kümeler kullanılmaktadır. Endüstriyel yakıt işleme, fazla ultrasonik enerji gerektirmez. Gerçek enerji gereksinimi, UIP1000hdT sonikatörü gibi bir tezgâh üstü sonikatör kullanılarak belirlenebilir. Bu tür tezgâh üstü denemelerden elde edilen tüm sonuçlar tamamen doğrusal biçimde ölçek büyütmeye aktarılabilir; bu da ultrasonik kükürt giderim sürecinin endüstriyel üretim ölçeğinde uygulanmasını kolaylaştırır.

Gerekirse, tehlikeli ortamlarda sonikasyon için ATEX sertifikalı ultrasonikatörler (ör. UIP1000-Exd) mevcuttur.

Ultrasonikasyon Maliyetleri

Ultrasonikasyon etkili bir işleme teknolojisidir. Ultrasonik işleme maliyetleri esas olarak ultrasonik cihazlara yapılan yatırımdan, enerji ve diğer işletme girdilerinin maliyetlerinden ve bakımdan kaynaklanır. Üstün enerji verimliliğine sahip (bkz. grafik) Hielscher ultrasonik cihazları, bu verimlilik sayesinde enerji ve diğer işletme girdilerinin maliyetlerini azaltmaya yardımcı olur.

Literatür

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): İki Fazlı Dizel–Asetonitril Sisteminde 4,6-Dimetildibenzotiyofenin Ultrason Destekli, Baz Katalizli Oksidasyonu; yayımlandığı dergi: Energy Fuels, 19 (1), 28–34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Ultrason destekli oksidatif kükürt giderimi yoluyla ultra düşük kükürtlü dizel yakıt elde etmek için yeni bir yöntem; yayımlandığı dergi: Fuel, Cilt 82, Sayı 4, March 2003, s. 405–414(10), 2003.