La complessità del trattamento e della desolforazione del petrolio e dei suoi prodotti per rimuovere i composti solforati indesiderati è dovuta alla complessa composizione del materiale e ad un’ampia varietà di composti solforici. Il petrolio greggio è costituito da carbonio, idrogeno, zolfo, ossigeno e azoto. Sono presenti piccole porzioni di metalli, principalmente nichel e vanadio. Gli idrocarburi rappresentano il 75% della composizione totale del petrolio. Lo zolfo è presente in tutti i tipi e tipi di greggio, il suo contenuto varia dallo 0,3% per il greggio dolce al 3-8% per il greggio acido, mentre il numero dei vari composti dello zolfo arriva a 250.

La crescente estrazione di greggio acido rende la desolforazione una priorità sempre più importante. I problemi del processo di desolforazione preliminare convenzionale possono essere dovuti alla selettività nei confronti dei composti solforati estratti, nonché a grandi quantità di sostanze chimiche, inclusi catalizzatori costosi. La ricerca mostra che gli effetti della cavitazione idrodinamica sul petrolio greggio favoriscono la desolforazione. Il mezzo di cavitazione più promettente è il dispositivo a strato di vortice di particelle ferromagnetiche, noto anche come AVS.

La tecnologia in fase di sviluppo, oltre a ridurre la quantità di impurità indesiderate, deve soddisfare numerosi altri requisiti per l’applicazione nelle raffinerie di petrolio. Tra gli obiettivi principali della nuova tecnologia vi è la minimizzazione del consumo energetico e chimico per il cracking termico e catalitico. Il trattamento di idrocarburi liquidi mediante cavitazione nel dispositivo a strato di vortice AVS si mostra molto promettente.

Per verificare l’effetto del movimento intenso di un gran numero di elementi ferromagnetici sul petrolio greggio nel processo di desolforazione, sono stati eseguiti una serie di esperimenti per ridurre la quantità di zolfo e di composti organici dello zolfo. L’esperimento è stato eseguito a 70°C su una macchina per test di laboratorio, con una camera di lavorazione da 1 litro di materiale non magnetico.

Prima della lavorazione la camera veniva riempita con una certa quantità di elemento ferromagnetico, seguito da olio. L’unità veniva avviata e, dopo un certo periodo di tempo, l’olio lavorato veniva drenato, sedimentato e separato dall’emulsione, che conteneva composti solforati. L’olio separato veniva nuovamente lavorato nella macchina.

La qualità del processo di desolforazione nell’AVS è stata determinata prelevando campioni di olio trattato ogni 10 secondi. Per identificare le condizioni ottimali del processo (tempo), è stata trovata una dipendenza del tasso di rimozione del contenuto in funzione del tempo di elaborazione. È stato stabilito che la durata del processo non deve superare i 40 secondi. Un tempo di lavorazione più lungo riduce l’efficienza della desolforazione.

I risultati del test sono elencati nella Tabella 1.

Tabella 1 – Risultati dell’esperimento [Kuimov, 2018]

Nel processo di desolforazione sperimentale del petrolio greggio nel dispositivo AVS è stato riscontrato quanto segue:

• Il trattamento più efficiente per ridurre il contenuto di zolfo a 80 ppm in 1 kg di materia prima è stato ottenuto con almeno 120 microcicli, secondo i programmi di connessione di fase selezionati.
• Il funzionamento AVS, a causa dell’elevata potenza reattiva e del corrispondente basso rapporto di potenza, influenzerà in modo significativo l’equilibrio della potenza reattiva nel sistema di alimentazione dell’impianto.

L’intervallo di efficienza di desolforazione negli esperimenti variava dal 40 al 97% a seconda del tempo di lavorazione. In altre parole, l’effetto del movimento intenso di una grande quantità di elementi ferromagnetici per 40 secondi riduce in media del 97% il contenuto di zolfo e composti solforosi nel campione di petrolio greggio. Un tempo di elaborazione più lungo riduce significativamente l’efficienza del processo.

I risultati ottenuti e le dipendenze riscontrate per l’applicazione dell’AVS possono essere utilizzati nella progettazione di impianti di desolforazione di idrocarburi liquidi.

Considerando quanto sopra, l’implementazione del metodo di desolforazione del petrolio greggio sviluppato in un convertitore elettromeccanico con un componente secondario discreto è possibile nelle miniraffinerie di petrolio. Questo metodo di desolforazione ecologico ed economico può migliorare la gamma e la qualità dei prodotti. Sulla base di un’analisi delle miniraffinerie, ogni impianto processa da 4 a 10 tonnellate di greggio. Pertanto, la nuova tecnologia sarà progettata per una capacità di 8 tonnellate per 24 ore.

L’AVS può lavorare in modo efficiente fino a 0,15 tonnellate di materiale all’ora. Per aumentare la capacità, è possibile installare più moduli AVS consecutivamente su una linea di alimentazione dell’olio e gli AVS possono essere installati in parallelo per aumentare la capacità totale.

Due sistemi AVS posizionati consecutivamente possono processare circa 5 tonnellate di petrolio greggio in 24 ore.

Per aumentare la portata a 10 tonnellate in 24 ore è possibile installare consecutivamente due coppie di moduli AVS.

Pertanto, si stima che 10 tonnellate per capacità di 24 ore richiedano quattro unità AVS con identici requisiti di potenza.

Allo stesso tempo, quando si progetta un sistema di desolforazione del petrolio greggio basato su AVS, è necessario tenere conto del basso rapporto di potenza di questi dispositivi. La progettazione dovrebbe includere i costi aggiuntivi dei dispositivi di compensazione della potenza reattiva.