Ультразвукова альтернатива гідродесульфурації

Нафтопереробні заводи стикаються зі збільшенням поставок сірчистої сирої нафти, так званої кислої нафти, в той же час екологічні норми тиснуть на зниження вмісту сірки в бензині. У той же час витрати на звичайну гідродесульфуризацію (HDS) зростають через необхідний водень. Лікування ультразвуковою кавітацією є ефективним альтернативним методом видалення сірки з сирої нафти.

Відповідають стандартам сірки в олії з ультразвуковим випромінюванням

Викопне паливо містить сполуки сірки. Вони є результатом розкладання біологічної речовини, що містить сірку, під час природного утворення викопного палива.

Транспортні засоби, такі як автомобілі, літаки та морські судна або електростанції, спричиняють викиди діоксиду сірки (SO2) в результаті спалювання нафтового палива. Та ж сірка – навіть у дуже низьких концентраціях – спричиняє пошкодження каталізаторів благородних металів при подальшому каталітичному риформінгу на нафтопереробних заводах. Останні екологічні норми вимагають дуже глибокої десульфурації, щоб відповідати специфікаціям дизельного палива з наднизьким вмістом сірки (ULSD).
 

Установка з 192 кВт потужних ультразвукових приладів для десульфурації сирих масел

Тло – Гідродесульфуризація (HDS)

Гідродесульфуризація (HDS) є стандартним каталітичним процесом для видалення сірки з нафтопродуктів. У цьому процесі сірчисті фракції сирої нафти змішуються з воднем і каталізатором для реакції з сірководнем. Як правило, каталізатор складається з глиноземної основи, просоченої кобальтом і молібденом. У міру того, як запаси нафти стають все більш кислими, для десульфурації потрібен більш високий тиск і альтернативні каталізатори. Непокірні ароматичні сполуки сірки (наприклад, 4,6-диметилдібензотіофен) не можуть бути видалені за допомогою гідродесульфурації через їх низьку реакційну здатність.

Ультразвукова десульфуризація

Альтернативою гідродесульфурізації є ультразвукова десульфуризація. Вплив рідин ультразвуковими хвилями високої інтенсивності викликає акустичну кавітацію. Це утворення і подальше насильницьке руйнування дрібних вакуумних (кавітаційних) бульбашок. На місцевому рівні екстремальні умови виникають внаслідок насильницького колапсу кожної бульбашки:

• Температура: до 5000 Кельвін
• Тиск: до 2000 атмосфер
• Рідинні струмені: до 1000 км/год.

Такі умови сприяють кращому поверхневому хімічному складу каталізаторів за рахунок посиленого мікроперемішування. Зокрема, високі місцеві температури змінюють кінетику хімічних реакцій процесу десульфурації. Цей ефект дозволяє використовувати альтернативні – Дешевше – каталізатори або альтернативна хімія десульфурації, яка буде використовуватися. Deshpande et al. (2004) досліджують окислювальну систему, що складається з карбонату натрію та перекису водню в двофазній системі дизельного палива та ацетонітрилу. На двофазну систему було застосовано ультразвукове дослідження. В результаті дослідження було досягнуто зниження вмісту DMDBT більш ніж на 90% в зразках дизельного палива.

Високопродуктивний звуковий апарат для десульфуризації сирої нафти

Hielscher є провідним постачальником ультразвукових приладів великої потужності в усьому світі. Оскільки компанія Hielscher розробляє та виробляє високопродуктивні ультразвукові процесори потужністю до 16 кВт на один пристрій, немає обмежень у розмірі заводу або потужності обробки. Використовуються кластери з декількох систем потужністю 16 кВт для обробки потоків більшого обсягу. Промислова переробка палива не потребує великої кількості ультразвукової енергії. Фактичну потребу в енергії можна визначити за допомогою настільного ультразвукового апарату, такого як UIP1000hdT. Всі результати таких настільних випробувань можуть бути масштабовані повністю лінійно, що дозволяє реалізувати процес ультразвукової десульфуризації в масштабах промислового виробництва.

При необхідності доступні сертифіковані ультразвукові апарати ATEX (наприклад, UIP1000-Exd) для ультразвукового дослідження в небезпечних середовищах.

Вартість ультразвуку

Ультразвук є ефективною технологією обробки. Витрати на ультразвукову обробку в основному є результатом інвестицій
на ультразвукові апарати, комунальні витрати та обслуговування. Видатна енергоефективність (див. Діаграми) ультразвукових апаратів Hielscher сприяє зниженню витрат на комунальні послуги.

Література

Дешпанде, А., Бассі, А., Пракаш, А. (2004): Окислення 4,6-диметилдибензотіофену за допомогою ультразвуку в двофазній дизель-ацетонітрильній системі; В: Енергетичні палива, 19 (1), 28 -34, 2005.

Мей Х., Мей Б.В., Єн Т.Ф. (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.