Hydrodynamisk kavitation är en framväxande, energieffektiv processintensifieringsteknik med potential att förbättra effektivitet, avkastning och hållbarhet i viktiga raffinaderiverksamheter. Genom att generera kontrollerad skjuvning i mikroskala, turbulens och lokaliserade termomekaniska effekter - inom RAPTECHs CaviFlow®-enheter - kan hydrodynamisk kavitation förbättra blandning, mass- och värmeöverföring, reaktionskinetik och råvarukonditionering. Denna översikt utvärderar integrationsmöjligheter för hydrodynamisk kavitation vid avsaltning av råolja, fördröjd koksning, fluidiserad katalytisk krackning, vätebehandling, alkylering och uppgradering av restprodukter, med tonvikt på mekanistisk förståelse, utrustningskonfiguration och driftsbegränsningar.
Nya praktiska resultat - inklusive blandning och uppgradering av restprodukter - visar mätbara fördelar vid blandning av tung eldningsolja med alternativa bränslen. Cavitation-assisterad blandning av HFO med 20% FAME har visat förbättrad viskositet, densitet, sedimentinnehåll och stabilitetsindex, liksom minskade cat-fines och blygsamma förbättringar av bränsleförbrukningen. Dessa resultat belyser den hydrodynamiska kavitationens relevans inte bara för raffinaderiprocesser utan också för sjöfarts- och bunkerbränslesektorn, särskilt i samband med ISO 8217:2024, som tillåter marina bränslen som innehåller upp till 100% FAME. Resultaten återspeglar en bredare industritrend mot koldioxidsnåla, förnybara och mer variabla råvaror.
Sammantaget utgör hydrodynamisk kavitation och RAPTECH:s CaviFlow® -enheter en lovande väg för att förbättra processbarheten, minska energibehovet och stödja övergången till mer hållbara raffinaderi- och marina bränslesystem. Även om de flesta data härrör från laboratorie- och pilotskalestudier, understryker nya demonstrationer - inklusive blandning och uppgradering av restprodukter - den hydrodynamiska kavitationens potential för praktisk industriell användning.
1. Introduktion
Omvandlingsprocesser i raffinaderier är centrala för att omvandla råolja till transportbränslen, petrokemiska råvaror och högvärdiga produkter. Effektiviteten och produktkvaliteten begränsas ofta av råmaterialets heterogenitet, katalysatordeaktivering, nedsmutsning och massöverföringsbegränsningar. Den ökande användningen av tunga och extra tunga råoljor, som utgör en betydande del av de utvinningsbara globala reserverna, innebär ytterligare utmaningar på grund av hög viskositet, låg API-gravitation (<20°) och förhöjt asfalteninnehåll [1]. Dessa egenskaper hindrar värme- och massöverföring, påskyndar nedsmutsning och ökar koksbildningen i termiska och katalytiska processer.
Hydrodynamisk kavitation har utvecklats till en viktig strategi för processintensifiering. Den genererar kontrollerade mikrobubblor, lokaliserade hotspots, extrem skjuvning och tryckgradienter, vilket kan förbättra kemiska reaktioner, fasdispersion och massöverföring. Jämfört med konventionell mekanisk blandning eller kemiska tillsatser är hydrodynamisk kavitation ett potentiellt energieffektivt och kemikaliesnålt sätt att åtgärda flaskhalsar i raffinaderier [2]. Hydrodynamisk kavitation kan kombineras med katalysatorer, ytaktiva ämnen, milda oxidationsmedel (t.ex, H₂O₂, ozon) eller UV-bestrålning för att ytterligare förbättra reaktionseffektiviteten och renare processresultat [2].
Mekanistiskt kan kavitation inducera modifieringar på molekylär nivå i kolväten, inklusive upplösning av asfalt, partiell krackning och förändringar av reologiska egenskaper, vilket förbättrar råmaterialhantering och reaktionseffektivitet [3]. Att skala upp hydrodynamisk kavitation till industriell verksamhet är en utmaning eftersom det inte finns någon standardiserad metod för att kvantifiera kavitationsintensiteten i olika vätskor, vilket kräver höga kapital- och driftskostnader [1,4]. Bevis från laboratorie- och pilotstudier tyder på att hydrodynamisk kavitation kan förbättra processbarhet och effektivitet, även om fullskalig industriell validering fortfarande är begränsad.
Hydrodynamisk kavitation-assisterade processer kan erbjuda operativa och miljömässiga fördelar, inklusive minskad energiförbrukning, förbättrad genomströmning och lägre utsläpp av växthusgaser. De kan komplettera konventionella uppgraderingsmetoder, som ofta är energiintensiva och har en komplicerad reaktordesign. Kavitationstalet har föreslagits som en systematisk parameter för att optimera reaktordesignen och överbrygga experimentella data med praktiska tillämpningar.
2. Möjligheter med hydrodynamisk kavitation med hög effekt
2.1 Avsaltning av råolja (CDU)
Genom att integrera hydrodynamisk kavitation vid avsaltarens inlopp kan dispersionen av olja och vatten samt saltavskiljningen förbättras. Mikroturbulens, skjuvning och lokala tryckfluktuationer främjar upplösning av stabila emulsioner och genererar fina, enhetliga droppar som förbättrar vatten-oljekontakten och påskyndar koalescens. Detta kan leda till lägre restsalthalt, minskad påväxt och korrosion samt förbättrad värmeväxling [2]. Hydrodynamiska kavitationsenheter kan implementeras som kompakta inline-skids med minimala modifieringar av befintlig avsaltningsinfrastruktur.
2.2 Fördröjd koksning (DCU)
Genom att tillämpa hydrodynamisk kavitation på vakuumrester före kokarvärmare kan man förbättra homogeniseringen av matningen och åstadkomma milda föruppgraderingseffekter. Skjuvning, mikroblandning och lokal termomekanisk aktivering främjar partiell upplösning av asfalten och viskositetsminskning, vilket möjliggör en mer enhetlig termisk krackning [5,3]. Pilotskaliga studier har visat på förbättrad stabilitet i värmaren, minskad koksavsättning och måttliga ökningar av utbytet av flytande produkter när hydrodynamisk kavitation integreras uppströms från kokaren. Det är viktigt att bibehålla rätt kavitationsintensitet för att undvika överdriven förkrackning, särskilt i högaromatiska eller instabila matningar [1,3]. Korrekt utformning av hydrodynamiska kavitationssystem och optimering av driftförhållanden är därför avgörande för en säker och effektiv implementering.
2.3 Enhet för flytande katalytisk krackning (FCCU)
Förkonditionering av tunga råvaror (t.ex, vakuumgasolja eller restprodukter) via hydrodynamisk kavitation kan förbättra homogeniseringen av matningen och delvis bryta ned asfalten- och metallrika aggregat, vilket potentiellt kan sänka den effektiva föroreningsbelastningen som bidrar till CCR-bildning [6]. Den intensiva skjuvning och mikroblandning som genereras av kavitation kan också förbättra dispersionen, massöverföringen och den övergripande reologin i matningen, vilket kan bidra till högre omvandlingseffektivitet och minskad tendens till nedsmutsning. Dessa effekter har påvisats i pilotskala, men hittills finns inga offentligt tillgängliga data som bekräftar fullskalig FCCimplementering. För att integrera hydrodynamisk kavitation uppströms en FCC-enhet krävs noggrann konstruktion av matningsinsprutningsgränssnittet, inklusive tryck, temperatur, metallurgi och kompatibilitet med befintliga förvärmnings- och matningsdistributionssystem.
2.4 Vätgasbehandlare (DHT, CNHT, NHT )
Hydrodynamik Kavitationsassisterad förblandning av vätgas och olja kan förbättra H₂-dispersionen och gränssnittskontakten, vilket potentiellt kan förbättra avsvavling, kväveavlägsnande och olefinmättnad [2,8] . Mikroturbulens och skjuvning ökar den tillgängliga gränsytan, vilket mildrar massöverföringsbegränsningar som minskar katalysatorns effektivitet. Pilotvalidering rekommenderas för att optimera kavitationens svårighetsgrad, uppehållstid och modulintegration. Korrekt konstruerade hydrodynamiska kavitationsmoduler - tryckklassade skidor med material som är kompatibla med processförhållandena - kan ge högre omvandling per pass och förbättrad livslängd för katalysatorn.
2.5 Kaustikbehandling av jetbränsle (JCTU)
Vid kaustikbehandling av jetbränsle intensifierar hydrodynamisk kavitation kontakten mellan kaustiklösning och kolväten, vilket förbättrar extraktionen av merkaptan och produktstabiliteten. Mikroblandning och hög gränssnittsförnyelse kan minska kaustikförbrukningen samtidigt som sötningsprestandan bibehålls eller förbättras. Inline hydrodynamiska kavitationssystem möjliggör enkel eftermontering med minimala processstörningar.
2.6 Alkyleringsenheter (H₂SO₄ ALKY )
Hydrodynamisk kavitation kan förbättra syra-kolvätekontakten i alkyleringsenheter, vilket ger mer enhetliga reaktionsförhållanden och potentiellt förbättrar oktantalet och produktutbytet [6]. Hög skjuvning, mikroturbulens och tryckfluktuationer påskyndar syrakatalyserade reaktioner. Implementeringen kräver rigorösa materialval, korrosionsbeständig design och strikta säkerhetsprotokoll. Validering i pilotskala rekommenderas innan fullskalig användning.
2.7 Uppgradering och blandning av restprodukter
Hydrodynamisk kavitation kan stödja både blandning och partiell uppgradering av tunga restprodukter och vakuumrester genom att förbättra dispersionen, minska viskositeten och förbättra den övergripande bränslestabiliteten.
Uppgraderingstillämpningar
Vid uppgradering främjar kavitation sönderdelning av asfalten, mild krackning, viskositetsminskning, en övergång till lättare fraktioner och slamminimering [2-4]. Behandling av restprodukter med hjälp av hydrodynamisk kavitation har visat sig vara mer kostnadseffektiv än akustisk kavitation i pilotskala och kan förbättra bitumenegenskaper, avsvavling och emulsionsstabilitet i tillämpningar som FCC-råmaterial, vätebehandlare och marina bränslen [4,7,8]. Även om de flesta rapporterade fördelarna härrör från laboratorie- och pilotskalor, är korrekt kontroll av kavitationsintensitet och uppehållstid avgörande för säker och effektiv implementering.
Blandningstillämpningar
I blandningsoperationer främjar hydrodynamisk kavitation bildandet av fina, stabila dispersioner mellan tungoljor och komponenter med lägre viskositet, t.ex. biodiesel eller pyrolysoljor. Den höga skjuvningen och mikroturbulensen som genereras under kavitation förbättrar blandbarheten, minskar benägenheten för fasseparation och förbättrar homogeniteten under lagring och hantering.
Oberoende tester vid Bureau Veritas och datafysiska laboratorier bekräftade dessa förbättringar. Tabell 1 sammanfattar en jämförelse av HFO 380 blandad med 20% biodiesel (FAME) med hjälp av konventionell handblandning (HD) och kavitationsassisterad blandning (CF) med RAPTECH's CaviFlow®-system. Den kavitationsassisterade metoden gav mätbara förbättringar av densitet, viskositet, svavelinnehåll, askhalt, sedimentnivåer och medelstabilitetsindex (MSI), samtidigt som koncentrationen av katfin reducerades. Motortester utförda av FVTR GmbH rapporterade dessutom en blygsam (~1%) minskning av bränsleförbrukningen för den kavitationsbehandlade HFO-20% FAME-blandningen.
Beroende på fartygsstorlek, driftsprofil och bränslepriser kan sådana förbättringar av egenskaperna leda till meningsfulla driftfördelar inom sjöfartssektorn, där tjockolja fortfarande är en dominerande energikälla.
Tabell 1. Jämförelse av HFO 380 blandad med 20 % biodiesel (FAME) med hjälp av konventionell handblandning (HD) och kavitationsassisterad blandning (CF).
c 3s5b1r3e5a6k
(1) Tungoljor med °API < 22.3 klassificeras vanligen som "tung eldningsolja".
(2) Även om flampunkten minskade ligger båda blandningarna långt över ISO 8217:s minimigränser för kvarvarande marina bränslen, vilket säkerställer att säkerhetsbestämmelserna följs.
3. Slutsats
Hydrodynamisk kavitation är ett mångsidigt verktyg för processförstärkning som kan hantera flera ihållande utmaningar inom petroleumraffinering, inklusive heterogenitet i råmaterial, begränsningar i massöverföring, nedsmutsning och bearbetning av restprodukter med hög viskositet. Inom avsaltning av råolja, termiska och katalytiska omvandlingsenheter, kaustikbehandling och alkylering erbjuder hydrodynamisk kavitation möjligheter att förbättra dispersionen, reaktionens enhetlighet och driftsstabiliteten samtidigt som energiförbrukningen och miljöpåverkan potentiellt kan minskas.
De lovande resultat som visats för uppgradering av restprodukter och kavitationsassisterad blandning - i synnerhet den förbättrade hanteringen och stabiliteten hos HFO-FAME-blandningar - understryker den hydrodynamiska kavitationens relevans när både raffinaderisektorn och sjöfarts- och bunkersektorn övergår till mer varierade och förnybara bränsleflöden. Införandet av ISO 8217:2024 [9], som möjliggör marina bränslen som innehåller upp till 100% FAME, förstärker ytterligare behovet av teknik som kan stabilisera blandningar av tunga petroleumfraktioner med alternativa bränslen. Hydrodynamisk kavitations förmåga att minska viskositeten, förbättra fasstabiliteten och minska problemen med sediment och föroreningar gör den till en praktisk möjliggörare i detta föränderliga landskap.
Framgångsrik industriell tillämpning kommer att bero på:
Även om nuvarande bevis är övervägande pilotskala, visar hydrodynamisk kavitationsassisterad tungoljebehandling och bränsleblandning uppmuntrande vägar för att öka raffinaderiernas effektivitet, möjliggöra integration av alternativa bränslen och stödja bredare mål för minskade koldioxidutsläpp och hållbarhet [4]. Dessa fördelar är direkt tillämpliga på sjöfarts- och bunkerbränslesektorn och ger förbättringar av drift, miljö och bränslekvalitet.
Author: Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referenser
Nya praktiska resultat - inklusive blandning och uppgradering av restprodukter - visar mätbara fördelar vid blandning av tung eldningsolja med alternativa bränslen. Cavitation-assisterad blandning av HFO med 20% FAME har visat förbättrad viskositet, densitet, sedimentinnehåll och stabilitetsindex, liksom minskade cat-fines och blygsamma förbättringar av bränsleförbrukningen. Dessa resultat belyser den hydrodynamiska kavitationens relevans inte bara för raffinaderiprocesser utan också för sjöfarts- och bunkerbränslesektorn, särskilt i samband med ISO 8217:2024, som tillåter marina bränslen som innehåller upp till 100% FAME. Resultaten återspeglar en bredare industritrend mot koldioxidsnåla, förnybara och mer variabla råvaror.
Sammantaget utgör hydrodynamisk kavitation och RAPTECH:s CaviFlow® -enheter en lovande väg för att förbättra processbarheten, minska energibehovet och stödja övergången till mer hållbara raffinaderi- och marina bränslesystem. Även om de flesta data härrör från laboratorie- och pilotskalestudier, understryker nya demonstrationer - inklusive blandning och uppgradering av restprodukter - den hydrodynamiska kavitationens potential för praktisk industriell användning.
1. Introduktion
Omvandlingsprocesser i raffinaderier är centrala för att omvandla råolja till transportbränslen, petrokemiska råvaror och högvärdiga produkter. Effektiviteten och produktkvaliteten begränsas ofta av råmaterialets heterogenitet, katalysatordeaktivering, nedsmutsning och massöverföringsbegränsningar. Den ökande användningen av tunga och extra tunga råoljor, som utgör en betydande del av de utvinningsbara globala reserverna, innebär ytterligare utmaningar på grund av hög viskositet, låg API-gravitation (<20°) och förhöjt asfalteninnehåll [1]. Dessa egenskaper hindrar värme- och massöverföring, påskyndar nedsmutsning och ökar koksbildningen i termiska och katalytiska processer.
Hydrodynamisk kavitation har utvecklats till en viktig strategi för processintensifiering. Den genererar kontrollerade mikrobubblor, lokaliserade hotspots, extrem skjuvning och tryckgradienter, vilket kan förbättra kemiska reaktioner, fasdispersion och massöverföring. Jämfört med konventionell mekanisk blandning eller kemiska tillsatser är hydrodynamisk kavitation ett potentiellt energieffektivt och kemikaliesnålt sätt att åtgärda flaskhalsar i raffinaderier [2]. Hydrodynamisk kavitation kan kombineras med katalysatorer, ytaktiva ämnen, milda oxidationsmedel (t.ex, H₂O₂, ozon) eller UV-bestrålning för att ytterligare förbättra reaktionseffektiviteten och renare processresultat [2].
Mekanistiskt kan kavitation inducera modifieringar på molekylär nivå i kolväten, inklusive upplösning av asfalt, partiell krackning och förändringar av reologiska egenskaper, vilket förbättrar råmaterialhantering och reaktionseffektivitet [3]. Att skala upp hydrodynamisk kavitation till industriell verksamhet är en utmaning eftersom det inte finns någon standardiserad metod för att kvantifiera kavitationsintensiteten i olika vätskor, vilket kräver höga kapital- och driftskostnader [1,4]. Bevis från laboratorie- och pilotstudier tyder på att hydrodynamisk kavitation kan förbättra processbarhet och effektivitet, även om fullskalig industriell validering fortfarande är begränsad.
Hydrodynamisk kavitation-assisterade processer kan erbjuda operativa och miljömässiga fördelar, inklusive minskad energiförbrukning, förbättrad genomströmning och lägre utsläpp av växthusgaser. De kan komplettera konventionella uppgraderingsmetoder, som ofta är energiintensiva och har en komplicerad reaktordesign. Kavitationstalet har föreslagits som en systematisk parameter för att optimera reaktordesignen och överbrygga experimentella data med praktiska tillämpningar.
2. Möjligheter med hydrodynamisk kavitation med hög effekt
2.1 Avsaltning av råolja (CDU)
Genom att integrera hydrodynamisk kavitation vid avsaltarens inlopp kan dispersionen av olja och vatten samt saltavskiljningen förbättras. Mikroturbulens, skjuvning och lokala tryckfluktuationer främjar upplösning av stabila emulsioner och genererar fina, enhetliga droppar som förbättrar vatten-oljekontakten och påskyndar koalescens. Detta kan leda till lägre restsalthalt, minskad påväxt och korrosion samt förbättrad värmeväxling [2]. Hydrodynamiska kavitationsenheter kan implementeras som kompakta inline-skids med minimala modifieringar av befintlig avsaltningsinfrastruktur.
2.2 Fördröjd koksning (DCU)
Genom att tillämpa hydrodynamisk kavitation på vakuumrester före kokarvärmare kan man förbättra homogeniseringen av matningen och åstadkomma milda föruppgraderingseffekter. Skjuvning, mikroblandning och lokal termomekanisk aktivering främjar partiell upplösning av asfalten och viskositetsminskning, vilket möjliggör en mer enhetlig termisk krackning [5,3]. Pilotskaliga studier har visat på förbättrad stabilitet i värmaren, minskad koksavsättning och måttliga ökningar av utbytet av flytande produkter när hydrodynamisk kavitation integreras uppströms från kokaren. Det är viktigt att bibehålla rätt kavitationsintensitet för att undvika överdriven förkrackning, särskilt i högaromatiska eller instabila matningar [1,3]. Korrekt utformning av hydrodynamiska kavitationssystem och optimering av driftförhållanden är därför avgörande för en säker och effektiv implementering.
2.3 Enhet för flytande katalytisk krackning (FCCU)
Förkonditionering av tunga råvaror (t.ex, vakuumgasolja eller restprodukter) via hydrodynamisk kavitation kan förbättra homogeniseringen av matningen och delvis bryta ned asfalten- och metallrika aggregat, vilket potentiellt kan sänka den effektiva föroreningsbelastningen som bidrar till CCR-bildning [6]. Den intensiva skjuvning och mikroblandning som genereras av kavitation kan också förbättra dispersionen, massöverföringen och den övergripande reologin i matningen, vilket kan bidra till högre omvandlingseffektivitet och minskad tendens till nedsmutsning. Dessa effekter har påvisats i pilotskala, men hittills finns inga offentligt tillgängliga data som bekräftar fullskalig FCCimplementering. För att integrera hydrodynamisk kavitation uppströms en FCC-enhet krävs noggrann konstruktion av matningsinsprutningsgränssnittet, inklusive tryck, temperatur, metallurgi och kompatibilitet med befintliga förvärmnings- och matningsdistributionssystem.
2.4 Vätgasbehandlare (DHT, CNHT, NHT )
Hydrodynamik Kavitationsassisterad förblandning av vätgas och olja kan förbättra H₂-dispersionen och gränssnittskontakten, vilket potentiellt kan förbättra avsvavling, kväveavlägsnande och olefinmättnad [2,8] . Mikroturbulens och skjuvning ökar den tillgängliga gränsytan, vilket mildrar massöverföringsbegränsningar som minskar katalysatorns effektivitet. Pilotvalidering rekommenderas för att optimera kavitationens svårighetsgrad, uppehållstid och modulintegration. Korrekt konstruerade hydrodynamiska kavitationsmoduler - tryckklassade skidor med material som är kompatibla med processförhållandena - kan ge högre omvandling per pass och förbättrad livslängd för katalysatorn.
2.5 Kaustikbehandling av jetbränsle (JCTU)
Vid kaustikbehandling av jetbränsle intensifierar hydrodynamisk kavitation kontakten mellan kaustiklösning och kolväten, vilket förbättrar extraktionen av merkaptan och produktstabiliteten. Mikroblandning och hög gränssnittsförnyelse kan minska kaustikförbrukningen samtidigt som sötningsprestandan bibehålls eller förbättras. Inline hydrodynamiska kavitationssystem möjliggör enkel eftermontering med minimala processstörningar.
2.6 Alkyleringsenheter (H₂SO₄ ALKY )
Hydrodynamisk kavitation kan förbättra syra-kolvätekontakten i alkyleringsenheter, vilket ger mer enhetliga reaktionsförhållanden och potentiellt förbättrar oktantalet och produktutbytet [6]. Hög skjuvning, mikroturbulens och tryckfluktuationer påskyndar syrakatalyserade reaktioner. Implementeringen kräver rigorösa materialval, korrosionsbeständig design och strikta säkerhetsprotokoll. Validering i pilotskala rekommenderas innan fullskalig användning.
2.7 Uppgradering och blandning av restprodukter
Hydrodynamisk kavitation kan stödja både blandning och partiell uppgradering av tunga restprodukter och vakuumrester genom att förbättra dispersionen, minska viskositeten och förbättra den övergripande bränslestabiliteten.
Uppgraderingstillämpningar
Vid uppgradering främjar kavitation sönderdelning av asfalten, mild krackning, viskositetsminskning, en övergång till lättare fraktioner och slamminimering [2-4]. Behandling av restprodukter med hjälp av hydrodynamisk kavitation har visat sig vara mer kostnadseffektiv än akustisk kavitation i pilotskala och kan förbättra bitumenegenskaper, avsvavling och emulsionsstabilitet i tillämpningar som FCC-råmaterial, vätebehandlare och marina bränslen [4,7,8]. Även om de flesta rapporterade fördelarna härrör från laboratorie- och pilotskalor, är korrekt kontroll av kavitationsintensitet och uppehållstid avgörande för säker och effektiv implementering.
Blandningstillämpningar
I blandningsoperationer främjar hydrodynamisk kavitation bildandet av fina, stabila dispersioner mellan tungoljor och komponenter med lägre viskositet, t.ex. biodiesel eller pyrolysoljor. Den höga skjuvningen och mikroturbulensen som genereras under kavitation förbättrar blandbarheten, minskar benägenheten för fasseparation och förbättrar homogeniteten under lagring och hantering.
Oberoende tester vid Bureau Veritas och datafysiska laboratorier bekräftade dessa förbättringar. Tabell 1 sammanfattar en jämförelse av HFO 380 blandad med 20% biodiesel (FAME) med hjälp av konventionell handblandning (HD) och kavitationsassisterad blandning (CF) med RAPTECH's CaviFlow®-system. Den kavitationsassisterade metoden gav mätbara förbättringar av densitet, viskositet, svavelinnehåll, askhalt, sedimentnivåer och medelstabilitetsindex (MSI), samtidigt som koncentrationen av katfin reducerades. Motortester utförda av FVTR GmbH rapporterade dessutom en blygsam (~1%) minskning av bränsleförbrukningen för den kavitationsbehandlade HFO-20% FAME-blandningen.
Beroende på fartygsstorlek, driftsprofil och bränslepriser kan sådana förbättringar av egenskaperna leda till meningsfulla driftfördelar inom sjöfartssektorn, där tjockolja fortfarande är en dominerande energikälla.
Tabell 1. Jämförelse av HFO 380 blandad med 20 % biodiesel (FAME) med hjälp av konventionell handblandning (HD) och kavitationsassisterad blandning (CF).
c 3s5b1r3e5a6k
| Parameter | Enhet | Blandning (HD) | Blandning (CF) | Förbättring (%) |
|---|---|---|---|---|
| Densitet vid 50°C | kg/m³ | 948.7 | 945.5 | 0.3 |
| °API @ 60 °F (1) | - | 13.83 | 14.32 | 3.5 |
| Kinematisk viskositet vid 50°C | cSt | 109.2 | 94.72 | 13 |
| Svavelinnehåll | % (m/m) | 1.35 | 1.33 | 1.5 |
| Innehåll av aska | % (m/m) | 0.024 | 0.023 | 4 |
| Pour Point | °C | -15 | -15 | 0 |
| Flampunkt (2) | °C | 129.5 | 103.5 | -20 (2) |
| Total sedimentpotential | % (m/m) | 0.04 | 0.03 | 25 |
| Totalt Sediment Förekommer | % (m/m) | 0.03 | 0.02 | 33 |
| Genomsnittligt stabilitetsindex (MSI) | - | 0.24 | 0.19 | 26 |
| Kattfinner (Al&Si) | mg/kg | 9 | 6 | 50 |
(1) Tungoljor med °API < 22.3 klassificeras vanligen som "tung eldningsolja".
(2) Även om flampunkten minskade ligger båda blandningarna långt över ISO 8217:s minimigränser för kvarvarande marina bränslen, vilket säkerställer att säkerhetsbestämmelserna följs.
3. Slutsats
Hydrodynamisk kavitation är ett mångsidigt verktyg för processförstärkning som kan hantera flera ihållande utmaningar inom petroleumraffinering, inklusive heterogenitet i råmaterial, begränsningar i massöverföring, nedsmutsning och bearbetning av restprodukter med hög viskositet. Inom avsaltning av råolja, termiska och katalytiska omvandlingsenheter, kaustikbehandling och alkylering erbjuder hydrodynamisk kavitation möjligheter att förbättra dispersionen, reaktionens enhetlighet och driftsstabiliteten samtidigt som energiförbrukningen och miljöpåverkan potentiellt kan minskas.
De lovande resultat som visats för uppgradering av restprodukter och kavitationsassisterad blandning - i synnerhet den förbättrade hanteringen och stabiliteten hos HFO-FAME-blandningar - understryker den hydrodynamiska kavitationens relevans när både raffinaderisektorn och sjöfarts- och bunkersektorn övergår till mer varierade och förnybara bränsleflöden. Införandet av ISO 8217:2024 [9], som möjliggör marina bränslen som innehåller upp till 100% FAME, förstärker ytterligare behovet av teknik som kan stabilisera blandningar av tunga petroleumfraktioner med alternativa bränslen. Hydrodynamisk kavitations förmåga att minska viskositeten, förbättra fasstabiliteten och minska problemen med sediment och föroreningar gör den till en praktisk möjliggörare i detta föränderliga landskap.
Framgångsrik industriell tillämpning kommer att bero på:
- Exakt kontroll av kavitationsintensiteten för att balansera effektivitetsvinster med utrustningens integritet.
- Säkerställa kompatibilitet med processflöden med hög temperatur, korrosivitet eller hög viskositet.
- Integrering av HC-moduler i befintliga raffinaderikonfigurationer utan att störa kritisk processkontroll.
Även om nuvarande bevis är övervägande pilotskala, visar hydrodynamisk kavitationsassisterad tungoljebehandling och bränsleblandning uppmuntrande vägar för att öka raffinaderiernas effektivitet, möjliggöra integration av alternativa bränslen och stödja bredare mål för minskade koldioxidutsläpp och hållbarhet [4]. Dessa fördelar är direkt tillämpliga på sjöfarts- och bunkerbränslesektorn och ger förbättringar av drift, miljö och bränslekvalitet.
Author: Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referenser
- Demirbas, A.; Bafail, A.; Nizami, A.-S. Uppgradering av tung olja: Att låsa upp den framtida bränsleförsörjningen. Petroleum Science and Technology, 2016, 34(4), 303-308. DOI: 10.1080/10916466.2015.1136949.
- Panda, D.; Saharan, V. K.; Manickam, S. Controlled Hydrodynamic Cavitation: En översyn av de senaste framstegen och perspektiven för grönare bearbetning. Processer, 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 översyn. Industriell och teknisk kemiforskning, 2024, 63, 6047-6065. DOI: 10.1021/acs.iecr.4c00785.
- Wan, C.; Wang, R.; Zhou, W.; Li, L. Experimentell studie av viskositetsreduktion av tung olja genom vätgasdonatorer med hjälp av en kaviterande jetstråle. RSC Advances, 2019, 9, 2509-2515. DOI: 10.1039/C8RA08087A.
- Stebeleva, O. P.; Minakov, A. V. Application of Cavitation in Oil Processing: En översikt över mekanismer och resultat 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 (En systematisk jämförelse av olika uppgraderingstekniker för tung olja). 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: Ett perspektiv på viktiga grundläggande, saknade processdata och ekonomisk genomförbarhet - En översyn. Ultraljud Sonochemistry, 2022, 88, 106081. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2022.106081.
- CIMAC:s arbetsgrupp för bränslen. CIMAC-riktlinje: Marina bränslen som innehåller FAME - ISO 8217:2024. CIMAC, 2024
