Ультразвукова альтернатива гідродесульфуризації

Нафтопереробні заводи стикаються зі зростанням поставок сірковмісної нафти, так званої кислої нафти, водночас екологічні норми тиснуть на зниження вмісту сірки в бензині. Водночас витрати на традиційну гідродесульфуризацію (HDS) зростають через необхідність використання водню. Ультразвукова кавітаційна обробка є ефективним альтернативним методом видалення сірки з нафти.

Дотримання стандартів щодо вмісту сірки в нафті за допомогою ультразвукової обробки

Викопне паливо містить сполуки сірки. Вони утворюються внаслідок розкладання біологічної матерії, що містить сірку, під час природного формування викопного палива.

Транспортні засоби, такі як автомобілі, літаки та морські судна, або електростанції спричиняють викиди діоксиду сірки (SO2) внаслідок згорявання нафтового палива. Та сама сірка – навіть у дуже низьких концентраціях – спричиняє пошкодження каталізаторів із благородних металів у процесі каталітичного риформінгу на нафтопереробних заводах. Останні екологічні норми вимагають дуже глибокої десульфуризації для відповідності специфікаціям дизельного палива з наднизьким вмістом сірки (ULSD).
 

Установка з 192 kW високопотужних сонікаторів для десульфуризації нафти

Передумови – Гідродесульфуризація (HDS)

Гідродесульфуризація (HDS) є стандартним каталітичним процесом видалення сірки з нафтопродуктів. У цьому процесі сірковмісні фракції нафти змішуються з воднем і каталізатором для утворення сірководню. Зазвичай каталізатор складається з основи на основі оксиду алюмінію, просоченої кобальтом і молібденом. Оскільки поставки нафти стають більш кислими, для десульфуризації потрібні вищі тиски та альтернативні каталізатори. Стійкі ароматичні сполуки сірки (наприклад, 4,6-диметилдибензотіофен) не можуть бути видалені за допомогою гідродесульфуризації через їхню низьку реакційну здатність.

Десульфуризація за ультразвукової допомоги

Альтернативою гідродесульфуризації є десульфуризація за ультразвукової допомоги. Експозиція рідин до ультразвукових хвиль високої інтенсивності спричиняє акустичну кавітацію. Це утворення та подальше бурхливе колапсування малих вакуумних (кавітаційних) бульбашок. Локально екстремальні умови виникають через бурхливе колапсування кожної бульбашки:

• Температура: до 5000 Kelvin
• Тиск: до 2000 Atmospheres
• Рідинні струмені: до 1000km/hr.

Такі умови сприяють покращенню поверхневої хімії каталізаторів завдяки посиленому мікросмішуванню. Зокрема, високі локальні температури змінюють кінетику хімічної реакції процесу десульфуризації. Цей ефект дозволяє використовувати альтернативні – менш дорогі – каталізатори або альтернативну хімію десульфуризації. Deshpande et al. (2004) досліджують окиснювальну систему, що складається з карбонату натрію та пероксиду водню в двофазній системі дизельного палива та ацетонітрилу. Ультразвукову обробку застосовували до двофазної системи. Дослідження досягло зменшення вмісту DMDBT більш ніж на 90% у зразках дизельного палива.

Високопродуктивний сонікатор для десульфуризації нафти

Hielscher є провідним постачальником високопродуктивних сонікаторів у всьому світі. Оскільки Hielscher розробляє та виробляє високопродуктивні ультразвукові процесори потужністю до 16kW на один пристрій, немає обмежень у розмірі установки або переробній здатності. Кластери кількох систем 16kW використовуються для обробки більших об’ємних потоків. Промислова переробка палива не потребує великої кількості ультразвукової енергії. Фактичну потребу в енергії можна визначити за допомогою настільного сонікатора, такого як UIP1000hdT. Усі результати таких настільних випробувань можна масштабувати повністю лінійно, що сприяє впровадженню процесу ультразвукової десульфуризації на промисловому виробничому рівні.

За потреби доступні ультразвукові апарати з сертифікатом ATEX (наприклад, UIP1000-Exd) для ультразвукової обробки в небезпечних середовищах.

Витрати на ультразвукову обробку

Ультразвукова обробка є ефективною технологією переробки. Витрати на ультразвукову обробку складаються переважно з інвестицій
в ультразвукові пристрої, комунальних витрат та витрат на обслуговування. Видатна енергоефективність (див. діаграму) ультразвукових пристроїв Hielscher допомагає знизити комунальні витрати.

Література

Deshpande, A., Bassi, A., Prakash, A. (2004): Окислення 4,6-диметилдибензотіофену за допомогою ультразвуку в двофазній дизель-ацетонітрильній системі; in: Energy Fuels, 19 (1), 28 -34, 2005.

Mei H., Mei B.W., Yen T.F. (2003): Новий метод отримання дизельного палива з наднизьким вмістом сірки шляхом окислювальної десульфуризації за допомогою ультразвуку; в: Паливо, том 82, No 4, березень 2003, с. 405-414(10), 2003.