Paliwa stałe, takie jak węgiel, węgiel drzewny, sadza i drewno, spalają się w celu wytworzenia energii. Te źródła energii stanowią kluczowy element życia ludzkiego, ale szybko się wyczerpują i stanowią wiele wyzwań dla środowiska.
Zawartość siarki w paliwach transportowych musi być zredukowana, aby chronić środowisko i zmniejszyć smog. Najpowszechniej stosowanym procesem redukcji jest hydroodsiarczanie (HDS), dzięki któremu uzyskuje się paliwo o niskiej zawartości siarki i wysokiej jakości.
Ochrona środowiska
Siarka jest jednym z najbardziej szkodliwych zanieczyszczeń emitowanych z paliw płynnych podczas spalania. Jest główną przyczyną kwaśnych deszczy i innych problemów związanych z zanieczyszczeniem powietrza, które mają wpływ na zdrowie ludzi.
Aby walczyć z tymi problemami środowiskowymi, kilka krajów wprowadziło surowe przepisy dotyczące zawartości siarki w paliwach transportowych i usuwania jej związków z powietrza. Doprowadziło to do rozwoju paliw o ultraniskiej zawartości siarki (ULSD), które są czystsze i bardziej przyjazne dla środowiska niż tradycyjna benzyna i olej napędowy o wysokiej zawartości siarki.
Ten projekt badawczy ma na celu opracowanie nowatorskiego podejścia do redukcji siarki w paliwach przy użyciu oksydacyjnego odsiarczania (ODS) i oksydacyjnego odazotowania (ODN). Proces opiera się na materiałach węglowych, zarówno w formie hybrydowej, jak i jako katalizatory, i może być stosowany zarówno w jednostkach adsorpcyjnych, jak i hydroodsiarczających.
Obecna metoda usuwania siarki z paliw, czyli hydroodsiarczanie, jest energochłonna i trudna do zastosowania przy niskich poziomach siarki. Nowe podejście, które nazywa się konwersyjnym odsiarczaniem ekstrakcyjnym (CED), nie wymaga przetwarzania wodoru ani wysokich temperatur i może być wdrożone w rafineriach, które nie mają możliwości obróbki wodorem.
Efektywność energetyczna
Siarka w paliwach jest problemem dla środowiska, ponieważ prowadzi do pogorszenia jakości katalizatorów, korozji sprzętu rafineryjnego, kwaśnych deszczy i zanieczyszczenia powietrza. Doprowadziło to do wprowadzenia surowych przepisów i regulacji w celu zmniejszenia zawartości siarki w paliwach, zwłaszcza transportowych.
Obecnie najbardziej rozpowszechnioną metodą usuwania siarki jest hydroodsiarczanie (HDS), które wykorzystuje katalizatory chemiczne do usuwania siarki w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem. Metoda ta ma jednak szereg ograniczeń i może być stosowana tylko na ograniczoną skalę.
Inną ważną techniką usuwania siarki z olejów ciężkich jest termiczny rozkład utlenionych olejów. Chociaż technikę tę można uznać za komplementarną w stosunku do HDS, nadal nie jest ona tak popularna.
Efektywność energetyczna to nie tylko technologia i projekt, ale także sposób, w jaki ludzie korzystają z tych technologii. Zachęty i inne działania mogą zachęcić ludzi do kupowania, instalowania lub aktywowania efektywnych produktów i systemów.
Obawy o zdrowie
Zawartość siarki w olejach opałowych jest głównym problemem dla przemysłu rafineryjnego. Związki zawierające siarkę powodują tworzenie się gumy w zbiornikach magazynowych, wpływają na obsługę paliwa i przyczyniają się do pogorszenia jakości ropy naftowej i osiągów silników.
Opracowano szereg technologii odsiarczania w celu zmniejszenia zawartości siarki w paliwach, aby spełnić normy prawne. Spośród tych technik, oksydacyjne odsiarczanie jest obiecującą technologią dla osiągnięcia bardzo niskich i bliskich zeru poziomów siarki w paliwie. Polega na utlenianiu związków siarki za pomocą utleniacza, takiego jak nadtlenek wodoru, a następnie usuwaniu uzyskanych związków za pomocą polarnych rozpuszczalników lub adsorbentów.
W przeciwieństwie do hydroodsiarczania, proces ten opiera się na utlenianiu bez udziału wodoru i nie wymaga wysokich temperatur reakcji, jak w przypadku HDS. Może być stosowany do lżejszych frakcji ropy naftowej i ma stosunkowo niski ślad węglowy. Jej zalety to także wysoki stopień odsiarczania i możliwość recyklingu.
Obawy o bezpieczeństwo
Odsiarczanie paliw jest ważnym krokiem w upewnianiu się, że nie uwalniają one dwutlenku siarki (SO2) do powietrza, który może podrażniać nos i gardło oraz nasilać objawy astmy. Jest to również kluczowa część kontroli emisji przemysłowych i wymóg wynikający z surowych przepisów środowiskowych.
Do odsiarczania paliw stosuje się różne techniki, w tym hydroodsiarczanie, selektywną adsorpcję, destylację ekstrakcyjną i biodesulfuryzację. Mają one jednak szereg ograniczeń, takich jak wysokie koszty kapitałowe, energochłonność i słaba wydajność przy bardzo niskim odsiarczaniu, szczególnie w przypadku reabsorbujących się związków siarki.
Oksydacyjne odsiarczanie jest obiecującą metodą odsiarczania oleju opałowego, która polega na utlenianiu związków zawierających siarkę w surowcu i usuwaniu powstałego w ten sposób siarczku lub mieszaniny siarczkowo-tlenowej. Jednak trudno jest zastosować tę technikę do olejów ciężkich ze względu na oporną naturę cząsteczek zawierających siarkę i inne ograniczenia techniczne.
