Hydrodynamisk kavitasjon er en ny, energieffektiv teknologi for prosessintensivering som har potensial til å forbedre effektiviteten, utbyttet og bærekraften på tvers av viktige raffinerioperasjoner. Ved å generere kontrollert skjær i mikroskala, turbulens og lokaliserte termomekaniske effekter - i RAPTECHs CaviFlow®-enheter - kan hydrodynamisk kavitasjon forbedre blanding, masse- og varmeoverføring, reaksjonskinetikk og råstoffkondisjonering. Denne gjennomgangen evaluerer integrasjonsmulighetene for hydrodynamisk kavitasjon ved avsalting av råolje, forsinket koksing, fluidkatalytisk krakking, hydrobehandling, alkylering og oppgradering av restprodukter, med vekt på mekanistisk forståelse, utstyrskonfigurasjon og driftsmessige begrensninger.
Nyere praktiske resultater - inkludert blanding og oppgradering av restprodukter - viser målbare fordeler ved blanding av tung fyringsolje med alternative brensler. Kavitasjonsassistert blanding av HFO med 20 % FAME har vist forbedret viskositet, tetthet, sedimentinnhold og stabilitetsindekser, i tillegg til reduserte cat-fines og beskjedne forbedringer i drivstofforbruket. Disse funnene understreker relevansen av hydrodynamisk kavitasjon, ikke bare for raffineriprosesser, men også for marint drivstoff, spesielt i forbindelse med ISO 8217:2024, som tillater marint drivstoff som inneholder opptil 100 % FAME. Resultatene gjenspeiler en bredere industritrend mot lavkarbon, fornybare og mer variable råmaterialer.
Samlet sett er hydrodynamisk kavitasjon og RAPTECHs CaviFlow®-enheter en lovende måte å forbedre prosesseringsevnen på, redusere energibehovet og støtte overgangen til mer bærekraftige raffineri- og marine drivstoffsystemer. Selv om de fleste dataene stammer fra laboratorie- og pilotskala-studier, understreker nye demonstrasjoner - inkludert blanding og oppgradering av restprodukter - den hydrodynamiske kavitasjonens potensial for praktisk industriell bruk.
1. Innledning
Raffineriets konverteringsprosesser er sentrale for å omdanne råolje til transportdrivstoff, petrokjemiske råmaterialer og høyverdige produkter. Effektiviteten og produktkvaliteten begrenses ofte av heterogene råmaterialer, deaktivering av katalysatorer, begroing og masseoverføringsbegrensninger. Den økende bruken av tunge og ekstra tunge råoljer, som utgjør en betydelig andel av de utvinnbare globale reservene, byr på ytterligere utfordringer på grunn av høy viskositet, lav API-tyngdekraft (<20°) og høyt innhold av asfaltener [1]. Disse egenskapene hindrer varme- og masseoverføring, øker begroing og koksdannelse i termiske og katalytiske prosesser.
Hydrodynamisk kavitasjon har vokst frem som en viktig strategi for prosessintensivering. Den genererer kontrollerte mikrobobler, lokaliserte hotspots, ekstrem skjæring og trykkgradienter, noe som kan forbedre kjemiske reaksjoner, fasedispersjon og masseoverføring. Sammenlignet med konvensjonell mekanisk blanding eller kjemiske tilsetningsstoffer representerer hydrodynamisk kavitasjon en potensielt energieffektiv og kjemikaliefattig tilnærming til å løse flaskehalser i raffinerier [2]. Hydrodynamisk kavitasjon kan kombineres med katalysatorer, overflateaktive stoffer, milde oksidasjonsmidler (f.eks, H₂O₂, ozon) eller UV-bestråling for ytterligere å forbedre reaksjonseffektiviteten og renere prosesseringsresultater [2].
Mekanistisk sett kan kavitasjon indusere modifikasjoner på molekylært nivå i hydrokarboner, inkludert asfaltenoppløsning, delvis oppsprekking og endringer i reologiske egenskaper, noe som forbedrer håndteringen av råstoffet og reaksjonseffektiviteten [3]. Skalering av hydrodynamisk kavitasjon til industriell drift er utfordrende på grunn av fraværet av en standardisert metode for å kvantifisere kavitasjonsintensiteten på tvers av ulike væsker, og krever høye kapital- og driftskostnader [1,4]. Bevis fra laboratorie- og pilotstudier tyder på at hydrodynamisk kavitasjon kan forbedre prosesseringsevnen og effektiviteten, selv om fullskala industriell validering fortsatt er begrenset.
Hydrodynamisk kavitasjonsassisterte prosesser kan gi drifts- og miljøfordeler, inkludert redusert energiforbruk, økt gjennomstrømning og lavere klimagassutslipp. De kan være et supplement til konvensjonelle oppgraderingsmetoder, som ofte er energikrevende og krever en ny reaktordesign. Kavitasjonstallet har blitt foreslått som en systematisk parameter for å optimalisere reaktordesign og koble eksperimentelle data med praktiske anvendelser.
2. Muligheter for hydrodynamisk kavitasjon med stor effekt
Integrering av hydrodynamisk kavitasjon vedavsaltingsinnløpet kan forbedre olje-vann-dispersjonen og saltfjerningen. Mikroturbulens, skjær og lokale trykksvingninger fremmer oppløsning av stabile emulsjoner, noe som genererer fine, ensartede dråper som forbedrer vann-oljekontakten og fremskynder koalescens. Dette kan resultere i lavere restsaltinnhold, redusert begroing og korrosjon og forbedret varmevekslingsytelse [2]. Hydrodynamiske kavitasjonsenheter kan implementeres som kompakte inline-skids med minimale endringer i eksisterende avsaltingsinfrastruktur.
2.2 Forsinket koksing (DCU)
Hydrodynamisk kavitasjon på vakuumrester før kokerovner kan forbedre fôrhomogeniseringen og gi milde pre-upgrading-effekter. Skjær, mikroblanding og lokal termisk-mekanisk aktivering fremmer delvis oppsplitting av asfaltener og viskositetsreduksjon, noe som muliggjør mer ensartet termisk krakking [5,3]. Pilotskala-studier har rapportert om forbedringer i varmerens stabilitet, redusert koksavsetning og en beskjeden økning i utbyttet av flytende produkter når hydrodynamisk kavitasjon integreres oppstrøms for kokeriet. Det er viktig å opprettholde riktig kavitasjonsintensitet for å unngå overdreven prekrakking, spesielt i svært aromatiske eller ustabile råmaterialer [1,3]. Riktig utforming av det hydrodynamiske kavitasjonssystemet og optimalisering av driftsforholdene er derfor avgjørende for sikker og effektiv implementering.
Forkondisjonering av tunge råmaterialer (f.eks, vakuumgassolje eller restprodukter) ved hjelp av hydrodynamisk kavitasjon kan forbedre homogeniseringen av råstoffet og delvis bryte ned asfalten- og metallrike aggregater, noe som potensielt kan redusere den effektive forurensningsmengden som bidrar til dannelse av CCR [6]. Den intense skjærvirkningen og mikroblandingen som oppstår ved kavitasjon, kan også forbedre dispersjonen, masseoverføringen og den generelle fôrreologien, noe som kan bidra til høyere konverteringseffektivitet og redusert tendens til begroing. Disse effektene er påvist i pilotskala, men det finnes foreløpig ingen offentlig tilgjengelige data som bekrefter fullskala FCC. Integrering av hydrodynamisk kavitasjon oppstrøms en FCC-enhet krever nøye prosjektering av grensesnittet for mateinjeksjon, inkludert trykk, temperatur, metallurgi og kompatibilitet med eksisterende forvarmings- og matedistribusjonssystemer.
2.4 Hydrobehandlere (DHT, CNHT, NHT)
Hydrodynamisk kavitasjonsassistert forblanding av hydrogen og olje kan forbedre H₂-dispersjonen og grenseflatekontakten, noe som potensielt kan forbedre avsvovling, nitrogenfjerning og olefinmetning [2,8] . Mikroturbulens og skjær øker tilgjengelig grenseflateareal, noe som reduserer masseoverføringsbegrensninger som reduserer katalysatoreffektiviteten. Pilotvalidering anbefales for å optimalisere kavitasjonsgrad, oppholdstid og modulintegrasjon. Riktig konstruerte hydrodynamiske kavitasjonsmoduler - trykkklassifiserte skids med materialer som er kompatible med prosessforholdene - kan bidra til høyere konvertering per passasje og bedre levetid for katalysatoren.
2.5 Jet Fuel Caustic Treating (JCTU)
Ved kaustisk behandling av jetdrivstoff intensiverer hydrodynamisk kavitasjon kontakten mellom den kaustiske løsningen og hydrokarbonene, noe som forbedrer ekstraksjon av merkaptan og produktstabilitet. Mikroblanding og høy fornyelse av grenseflaten kan redusere kaustikkforbruket og samtidig opprettholde eller forbedre søtningsytelsen. Inline hydrodynamiske kavitasjonssystemer gjør det mulig med enkel ettermontering med minimale prosessforstyrrelser.
2.6 Alkyleringsenheter (H₂SO₄ ALKY )
Hydrodynamisk kavitasjon kan forbedre syre-hydrokarbon-kontakten i alkyleringsenheter, noe som fremmer jevnere reaksjonsforhold og potensielt forbedrer oktantallet og produktutbyttet [6]. Høy skjærkraft, mikroturbulens og trykksvingninger fremskynder syrekatalyserte reaksjoner. Implementering krever nøye materialvalg, korrosjonsbestandig design og strenge sikkerhetsprotokoller. Validering i pilotskala anbefales før fullskalaanvendelse.
Hydrodynamisk kavitasjon kan bidra til både blanding og delvisoppgradering av tunge restprodukter og vakuumrester ved å øke dispersjonen, redusere viskositeten og forbedre den generelle brenselstabiliteten.
Foroppgradering bidrar kavitasjon til oppsplitting av asfaltener, mild krakking, viskositetsreduksjon, et skifte mot lettere fraksjoner og slamminimering [2-4]. Hydrodynamisk kavitasjonsassistert residuumbehandling har vist seg å være mer kostnadseffektiv enn akustisk kavitasjon i pilotskala, og kan forbedre bitumenegenskaper, avsvovling og emulsjonsstabilitet i anvendelser som FCC-råstoff, hydrogenbehandlere og marint drivstoff [4,7,8]. Selv om de fleste rapporterte fordelene stammer fra laboratorie- og pilotskala, er riktig kontroll av kavitasjonsintensitet og oppholdstid avgjørende for sikker og effektiv implementering.
Iblandingsoperasjoner bidrar hydrodynamisk kavitasjon til dannelsen av fine, stabile dispersjoner mellom tungoljer og komponenter med lavere viskositet, for eksempel biodiesel eller pyrolyseoljer. Den høye skjærkraften og mikroturbulensen som genereres under kavitasjon, forbedrer blandbarheten, reduserer tilbøyeligheten til faseseparasjon og forbedrer homogeniteten under lagring og håndtering.
Uavhengige tester utført av Bureau Veritas og datafysikklaboratorier har bekreftet disse forbedringene. Tabell 1 oppsummerer en sammenligning av HFO 380 blandet med 20 % biodiesel (FAME) ved hjelp av konvensjonell håndblanding (HD) og kavitasjonsassistert blanding (CF) med RAPTECHs CaviFlow®-system. Den kavitasjonsassisterte metoden ga målbare forbedringer i tetthet, viskositet, svovelinnhold, askeinnhold, sedimentnivå og gjennomsnittlig stabilitetsindeks (MSI), samtidig som den reduserte konsentrasjonen av katfin. Motortester utført av FVTR GmbH viste i tillegg en beskjeden (~1 %) reduksjon i drivstofforbruket for den kavitasjonsbehandlede HFO-20 % FAME-blandingen.
Avhengig av fartøyets størrelse, driftsprofil og drivstoffpriser kan slike forbedringer gi betydelige driftsfordeler i den maritime sektoren, der tungolje fortsatt er en dominerende energikilde.
Tabell 1. Sammenligning av HFO 380 blandet med 20 % biodiesel (FAME) ved hjelp av konvensjonell håndblanding (HD) og kavitasjonsassistert blanding (CF).
(1) Tungolje med °API < 22.3 klassifiseres vanligvis som "tung fyringsolje".
(2) Selv om flammepunktet er redusert, ligger begge blandingene godt over ISO 8217-minimumsgrensene for gjenværende marint drivstoff, noe som sikrer samsvar med sikkerhetsforskriftene.
3. Konklusjon
Hydrodynamisk kavitasjon er et allsidig prosessforsterkningsverktøy som kan løse flere vedvarende utfordringer innen petroleumsraffinering, blant annet heterogenitet i råstoffet, masseoverføringsbegrensninger, begroing og behandling av restprodukter med høy viskositet. Hydrodynamisk kavitasjon gir muligheter til å forbedre spredning, reaksjonsuniformitet og driftsstabilitet, samtidig som det potensielt kan redusere energiforbruk og miljøpåvirkning.
De lovende resultatene som er demonstrert for oppgradering av restprodukter og kavitasjonsassistert blanding - spesielt den forbedrede håndteringen og stabiliteten til HFO-FAME-blandinger - understreker relevansen av hydrodynamisk kavitasjon i overgangen til mer varierte og fornybare drivstoffstrømmer i både raffinerings- og maritim/bunkersektoren. Innføringen av ISO 8217:2024 [9], som gjør det mulig å bruke marint drivstoff som inneholder opptil 100 % FAME, forsterker behovet for teknologier som kan stabilisere blandinger av tunge petroleumsfraksjoner med alternative drivstoff ytterligere. Hydrodynamisk kavitasjon kan redusere viskositeten, forbedre fasestabiliteten og redusere problemer med sedimenter og forurensninger, noe som gjør den til en praktisk muliggjører i dette utviklingslandskapet.
Vellykket industriell anvendelse vil avhenge av:
Selv om den nåværende dokumentasjonen hovedsakelig er i pilotskala, viser hydrodynamisk kavitasjonsassistert tungoljebehandling og drivstoffblanding lovende muligheter for å øke raffinerienes effektivitet, muliggjøre integrering av alternativt drivstoff og støtte bredere målsetninger om avkarbonisering og bærekraft [4]. Disse fordelene er direkte overførbare til den maritime sektoren/bunkerssektoren, og gir forbedringer i drift, miljø og drivstoffkvalitet.
Author: Dr. Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referanser
Nyere praktiske resultater - inkludert blanding og oppgradering av restprodukter - viser målbare fordeler ved blanding av tung fyringsolje med alternative brensler. Kavitasjonsassistert blanding av HFO med 20 % FAME har vist forbedret viskositet, tetthet, sedimentinnhold og stabilitetsindekser, i tillegg til reduserte cat-fines og beskjedne forbedringer i drivstofforbruket. Disse funnene understreker relevansen av hydrodynamisk kavitasjon, ikke bare for raffineriprosesser, men også for marint drivstoff, spesielt i forbindelse med ISO 8217:2024, som tillater marint drivstoff som inneholder opptil 100 % FAME. Resultatene gjenspeiler en bredere industritrend mot lavkarbon, fornybare og mer variable råmaterialer.
Samlet sett er hydrodynamisk kavitasjon og RAPTECHs CaviFlow®-enheter en lovende måte å forbedre prosesseringsevnen på, redusere energibehovet og støtte overgangen til mer bærekraftige raffineri- og marine drivstoffsystemer. Selv om de fleste dataene stammer fra laboratorie- og pilotskala-studier, understreker nye demonstrasjoner - inkludert blanding og oppgradering av restprodukter - den hydrodynamiske kavitasjonens potensial for praktisk industriell bruk.
1. Innledning
Raffineriets konverteringsprosesser er sentrale for å omdanne råolje til transportdrivstoff, petrokjemiske råmaterialer og høyverdige produkter. Effektiviteten og produktkvaliteten begrenses ofte av heterogene råmaterialer, deaktivering av katalysatorer, begroing og masseoverføringsbegrensninger. Den økende bruken av tunge og ekstra tunge råoljer, som utgjør en betydelig andel av de utvinnbare globale reservene, byr på ytterligere utfordringer på grunn av høy viskositet, lav API-tyngdekraft (<20°) og høyt innhold av asfaltener [1]. Disse egenskapene hindrer varme- og masseoverføring, øker begroing og koksdannelse i termiske og katalytiske prosesser.
Hydrodynamisk kavitasjon har vokst frem som en viktig strategi for prosessintensivering. Den genererer kontrollerte mikrobobler, lokaliserte hotspots, ekstrem skjæring og trykkgradienter, noe som kan forbedre kjemiske reaksjoner, fasedispersjon og masseoverføring. Sammenlignet med konvensjonell mekanisk blanding eller kjemiske tilsetningsstoffer representerer hydrodynamisk kavitasjon en potensielt energieffektiv og kjemikaliefattig tilnærming til å løse flaskehalser i raffinerier [2]. Hydrodynamisk kavitasjon kan kombineres med katalysatorer, overflateaktive stoffer, milde oksidasjonsmidler (f.eks, H₂O₂, ozon) eller UV-bestråling for ytterligere å forbedre reaksjonseffektiviteten og renere prosesseringsresultater [2].
Mekanistisk sett kan kavitasjon indusere modifikasjoner på molekylært nivå i hydrokarboner, inkludert asfaltenoppløsning, delvis oppsprekking og endringer i reologiske egenskaper, noe som forbedrer håndteringen av råstoffet og reaksjonseffektiviteten [3]. Skalering av hydrodynamisk kavitasjon til industriell drift er utfordrende på grunn av fraværet av en standardisert metode for å kvantifisere kavitasjonsintensiteten på tvers av ulike væsker, og krever høye kapital- og driftskostnader [1,4]. Bevis fra laboratorie- og pilotstudier tyder på at hydrodynamisk kavitasjon kan forbedre prosesseringsevnen og effektiviteten, selv om fullskala industriell validering fortsatt er begrenset.
Hydrodynamisk kavitasjonsassisterte prosesser kan gi drifts- og miljøfordeler, inkludert redusert energiforbruk, økt gjennomstrømning og lavere klimagassutslipp. De kan være et supplement til konvensjonelle oppgraderingsmetoder, som ofte er energikrevende og krever en ny reaktordesign. Kavitasjonstallet har blitt foreslått som en systematisk parameter for å optimalisere reaktordesign og koble eksperimentelle data med praktiske anvendelser.
2. Muligheter for hydrodynamisk kavitasjon med stor effekt
Integrering av hydrodynamisk kavitasjon vedavsaltingsinnløpet kan forbedre olje-vann-dispersjonen og saltfjerningen. Mikroturbulens, skjær og lokale trykksvingninger fremmer oppløsning av stabile emulsjoner, noe som genererer fine, ensartede dråper som forbedrer vann-oljekontakten og fremskynder koalescens. Dette kan resultere i lavere restsaltinnhold, redusert begroing og korrosjon og forbedret varmevekslingsytelse [2]. Hydrodynamiske kavitasjonsenheter kan implementeres som kompakte inline-skids med minimale endringer i eksisterende avsaltingsinfrastruktur.
2.2 Forsinket koksing (DCU)
Hydrodynamisk kavitasjon på vakuumrester før kokerovner kan forbedre fôrhomogeniseringen og gi milde pre-upgrading-effekter. Skjær, mikroblanding og lokal termisk-mekanisk aktivering fremmer delvis oppsplitting av asfaltener og viskositetsreduksjon, noe som muliggjør mer ensartet termisk krakking [5,3]. Pilotskala-studier har rapportert om forbedringer i varmerens stabilitet, redusert koksavsetning og en beskjeden økning i utbyttet av flytende produkter når hydrodynamisk kavitasjon integreres oppstrøms for kokeriet. Det er viktig å opprettholde riktig kavitasjonsintensitet for å unngå overdreven prekrakking, spesielt i svært aromatiske eller ustabile råmaterialer [1,3]. Riktig utforming av det hydrodynamiske kavitasjonssystemet og optimalisering av driftsforholdene er derfor avgjørende for sikker og effektiv implementering.
Forkondisjonering av tunge råmaterialer (f.eks, vakuumgassolje eller restprodukter) ved hjelp av hydrodynamisk kavitasjon kan forbedre homogeniseringen av råstoffet og delvis bryte ned asfalten- og metallrike aggregater, noe som potensielt kan redusere den effektive forurensningsmengden som bidrar til dannelse av CCR [6]. Den intense skjærvirkningen og mikroblandingen som oppstår ved kavitasjon, kan også forbedre dispersjonen, masseoverføringen og den generelle fôrreologien, noe som kan bidra til høyere konverteringseffektivitet og redusert tendens til begroing. Disse effektene er påvist i pilotskala, men det finnes foreløpig ingen offentlig tilgjengelige data som bekrefter fullskala FCC. Integrering av hydrodynamisk kavitasjon oppstrøms en FCC-enhet krever nøye prosjektering av grensesnittet for mateinjeksjon, inkludert trykk, temperatur, metallurgi og kompatibilitet med eksisterende forvarmings- og matedistribusjonssystemer.
2.4 Hydrobehandlere (DHT, CNHT, NHT)
Hydrodynamisk kavitasjonsassistert forblanding av hydrogen og olje kan forbedre H₂-dispersjonen og grenseflatekontakten, noe som potensielt kan forbedre avsvovling, nitrogenfjerning og olefinmetning [2,8] . Mikroturbulens og skjær øker tilgjengelig grenseflateareal, noe som reduserer masseoverføringsbegrensninger som reduserer katalysatoreffektiviteten. Pilotvalidering anbefales for å optimalisere kavitasjonsgrad, oppholdstid og modulintegrasjon. Riktig konstruerte hydrodynamiske kavitasjonsmoduler - trykkklassifiserte skids med materialer som er kompatible med prosessforholdene - kan bidra til høyere konvertering per passasje og bedre levetid for katalysatoren.
2.5 Jet Fuel Caustic Treating (JCTU)
Ved kaustisk behandling av jetdrivstoff intensiverer hydrodynamisk kavitasjon kontakten mellom den kaustiske løsningen og hydrokarbonene, noe som forbedrer ekstraksjon av merkaptan og produktstabilitet. Mikroblanding og høy fornyelse av grenseflaten kan redusere kaustikkforbruket og samtidig opprettholde eller forbedre søtningsytelsen. Inline hydrodynamiske kavitasjonssystemer gjør det mulig med enkel ettermontering med minimale prosessforstyrrelser.
2.6 Alkyleringsenheter (H₂SO₄ ALKY )
Hydrodynamisk kavitasjon kan forbedre syre-hydrokarbon-kontakten i alkyleringsenheter, noe som fremmer jevnere reaksjonsforhold og potensielt forbedrer oktantallet og produktutbyttet [6]. Høy skjærkraft, mikroturbulens og trykksvingninger fremskynder syrekatalyserte reaksjoner. Implementering krever nøye materialvalg, korrosjonsbestandig design og strenge sikkerhetsprotokoller. Validering i pilotskala anbefales før fullskalaanvendelse.
Hydrodynamisk kavitasjon kan bidra til både blanding og delvisoppgradering av tunge restprodukter og vakuumrester ved å øke dispersjonen, redusere viskositeten og forbedre den generelle brenselstabiliteten.
Foroppgradering bidrar kavitasjon til oppsplitting av asfaltener, mild krakking, viskositetsreduksjon, et skifte mot lettere fraksjoner og slamminimering [2-4]. Hydrodynamisk kavitasjonsassistert residuumbehandling har vist seg å være mer kostnadseffektiv enn akustisk kavitasjon i pilotskala, og kan forbedre bitumenegenskaper, avsvovling og emulsjonsstabilitet i anvendelser som FCC-råstoff, hydrogenbehandlere og marint drivstoff [4,7,8]. Selv om de fleste rapporterte fordelene stammer fra laboratorie- og pilotskala, er riktig kontroll av kavitasjonsintensitet og oppholdstid avgjørende for sikker og effektiv implementering.
Iblandingsoperasjoner bidrar hydrodynamisk kavitasjon til dannelsen av fine, stabile dispersjoner mellom tungoljer og komponenter med lavere viskositet, for eksempel biodiesel eller pyrolyseoljer. Den høye skjærkraften og mikroturbulensen som genereres under kavitasjon, forbedrer blandbarheten, reduserer tilbøyeligheten til faseseparasjon og forbedrer homogeniteten under lagring og håndtering.
Uavhengige tester utført av Bureau Veritas og datafysikklaboratorier har bekreftet disse forbedringene. Tabell 1 oppsummerer en sammenligning av HFO 380 blandet med 20 % biodiesel (FAME) ved hjelp av konvensjonell håndblanding (HD) og kavitasjonsassistert blanding (CF) med RAPTECHs CaviFlow®-system. Den kavitasjonsassisterte metoden ga målbare forbedringer i tetthet, viskositet, svovelinnhold, askeinnhold, sedimentnivå og gjennomsnittlig stabilitetsindeks (MSI), samtidig som den reduserte konsentrasjonen av katfin. Motortester utført av FVTR GmbH viste i tillegg en beskjeden (~1 %) reduksjon i drivstofforbruket for den kavitasjonsbehandlede HFO-20 % FAME-blandingen.
Avhengig av fartøyets størrelse, driftsprofil og drivstoffpriser kan slike forbedringer gi betydelige driftsfordeler i den maritime sektoren, der tungolje fortsatt er en dominerende energikilde.
Tabell 1. Sammenligning av HFO 380 blandet med 20 % biodiesel (FAME) ved hjelp av konvensjonell håndblanding (HD) og kavitasjonsassistert blanding (CF).
| Parameter | Enhet | Blanding (HD) | Blanding (CF) | Forbedring (%) |
|---|---|---|---|---|
| Tetthet ved 50 °C | kg/m³ | 948.7 | 945.5 | 0.3 |
| °API @ 60 °F (1) | - | 13.83 | 14.32 | 3.5 |
| Kinematisk viskositet ved 50 °C | cSt | 109.2 | 94.72 | 13 |
| Svovelinnhold | % (m/m) | 1.35 | 1.33 | 1.5 |
| Innhold av aske | % (m/m) | 0.024 | 0.023 | 4 |
| Pour Point | °C | -15 | -15 | 0 |
| Flammepunkt (2) | °C | 129.5 | 103.5 | -20 (2) |
| Totalt sedimentpotensial | % (m/m) | 0.04 | 0.03 | 25 |
| Totalt Sediment Eksisterende | % (m/m) | 0.03 | 0.02 | 33 |
| Gjennomsnittlig stabilitetsindeks (MSI) | - | 0.24 | 0.19 | 26 |
| Kattebøter (Al&Si) | mg/kg | 9 | 6 | 50 |
(1) Tungolje med °API < 22.3 klassifiseres vanligvis som "tung fyringsolje".
(2) Selv om flammepunktet er redusert, ligger begge blandingene godt over ISO 8217-minimumsgrensene for gjenværende marint drivstoff, noe som sikrer samsvar med sikkerhetsforskriftene.
3. Konklusjon
Hydrodynamisk kavitasjon er et allsidig prosessforsterkningsverktøy som kan løse flere vedvarende utfordringer innen petroleumsraffinering, blant annet heterogenitet i råstoffet, masseoverføringsbegrensninger, begroing og behandling av restprodukter med høy viskositet. Hydrodynamisk kavitasjon gir muligheter til å forbedre spredning, reaksjonsuniformitet og driftsstabilitet, samtidig som det potensielt kan redusere energiforbruk og miljøpåvirkning.
De lovende resultatene som er demonstrert for oppgradering av restprodukter og kavitasjonsassistert blanding - spesielt den forbedrede håndteringen og stabiliteten til HFO-FAME-blandinger - understreker relevansen av hydrodynamisk kavitasjon i overgangen til mer varierte og fornybare drivstoffstrømmer i både raffinerings- og maritim/bunkersektoren. Innføringen av ISO 8217:2024 [9], som gjør det mulig å bruke marint drivstoff som inneholder opptil 100 % FAME, forsterker behovet for teknologier som kan stabilisere blandinger av tunge petroleumsfraksjoner med alternative drivstoff ytterligere. Hydrodynamisk kavitasjon kan redusere viskositeten, forbedre fasestabiliteten og redusere problemer med sedimenter og forurensninger, noe som gjør den til en praktisk muliggjører i dette utviklingslandskapet.
Vellykket industriell anvendelse vil avhenge av:
- Nøyaktig kontroll av kavitasjonsintensiteten for å balansere effektivitetsgevinster med utstyrsintegritet.
- Sikrer kompatibilitet med prosessstrømmer med høy temperatur, korrosivitet eller høy viskositet.
- Integrering av HC-moduler i eksisterende raffinerikonfigurasjoner uten å forstyrre kritisk prosesskontroll.
Selv om den nåværende dokumentasjonen hovedsakelig er i pilotskala, viser hydrodynamisk kavitasjonsassistert tungoljebehandling og drivstoffblanding lovende muligheter for å øke raffinerienes effektivitet, muliggjøre integrering av alternativt drivstoff og støtte bredere målsetninger om avkarbonisering og bærekraft [4]. Disse fordelene er direkte overførbare til den maritime sektoren/bunkerssektoren, og gir forbedringer i drift, miljø og drivstoffkvalitet.
Author: Dr. Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referanser
- Demirbas, A.; Bafail, A.; Nizami, A.-S. Oppgradering av tungolje: Unlocking the future fuel supply. Petroleum Science and Technology, 2016, 34(4), s. 303-308. DOI: 10.1080/10916466.2015.1136949.
- Panda, D.; Saharan, V. K.; Manickam, S. Controlled Hydrodynamic Cavitation: En gjennomgang av nylige fremskritt og perspektiver for grønnere prosessering. Processes, 2020, 8, 220. DOI: 10.3390/pr8020220.
- Kuimov, D.; Minkin, M.; Yurov, A.; Lukyanov, A. Current State of Research on the Mechanism of Cavitation Effects in the Treatment of Liquid Petroleum Products-Review and Proposals for Further Research. Fluids, 2023, 8, 172. DOI: 10.3390/fluids8060172.
- Neelima, N. V.; Bhattacharya, S.; Holkar, C. R.; Jadhav, A. J.; Pandit, A. B.; Pinjari, D. V. Cavitation-Assisted Transformations in Bitumen Processing: En gjennomgang. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2024, 63, 6047-6065. DOI: 10.1021/acs.iecr.4c00785.
- Wan, C.; Wang, R.; Zhou, W.; Li, L. Eksperimentell studie av viskositetsreduksjon av tungolje med hydrogendonorer ved bruk av en kaviterende stråle. RSC Advances, 2019, 9, 2509-2515. DOI: 10.1039/C8RA08087A.
- Stebeleva, O. P.; Minakov, A. V. Application of Cavitation in Oil Processing: En oversikt over mekanismer og resultater av behandlingen. ACS Omega, 2021. DOI: 10.1021/acsomega.1c05858.
- Davudov, D.; Ghanbarnezhad Moghanloo, R. A systematic comparison of various upgrading techniques for heavy oil. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2017, 156, 623-632. DOI: 10.1016/j.petrol.2017.05.014.
- Cako, E.; Wang, Z.; Castro-Muñoz, R.; Rayaroth, M. P.; Boczkaj, G. Cavitation based cleaner technologies for biodiesel production and processing of hydrocarbon streams: Et perspektiv på viktige grunnleggende, manglende prosessdata og økonomisk gjennomførbarhet - en gjennomgang. Ultralyd Sonokjemi, 2022, 88, 106081. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2022.106081.
- CIMAC Fuels Working Group. CIMAC-retningslinje: Marint drivstoff som inneholder FAME - ISO 8217:2024. CIMAC, 2024
