Process Development for Metal and Sulfur Removal from Crude Petroleum Oil Utilizing Microwave Heating Technology

Metal and sulfur removal is a crucial step in the upgrading processes of crude oils, yet it remains one of the most energy-intensive operations. Traditional methods such as hydrodemetallization (HDM) and hydrodesulfurization (HDS) have been widely employed for eliminating metals and sulfur compounds. However, these techniques are associated with significant capital costs, operating expenses, and excessive energy consumption. In an effort to electrify crude oil upgrading processes and reduce their carbon footprint and environmental impacts, microwave heating emerges as an advanced technology offering promising potential for efficient metal and sulfur removal from crude oil. This thesis presents a comprehensive study on the removal of nickel (Ni), vanadium (V), and sulfur (S) from crude petroleum oil using bis(2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA) and microwave heating technology. The research encompasses various aspects, including commercialization and scale-up feasibility, process economics, demetallization kinetics and mechanism, desulfurization mechanism, and optimized reaction conditions. Additionally, a novel phosphonium-based ionic liquid (IL) called trihexyl tetradecyl phosphonium bis(2-ethylhexyl) phosphate [THTDP][D2EHP] is synthesized and evaluated for extractive desulfurization (EDS) of liquid fuels and crude oil.

Résumé

La suppression des métaux et du soufre est une étape cruciale dans les processus d'amélioration des pétroles bruts, mais elle reste l'une des opérations les plus énergivores. Des méthodes traditionnelles telles que l'hydrodémétallisation (HDM) et l'hydrodésulfuration (HDS) ont été largement utilisées pour éliminer les métaux et les composés soufrés. Cependant, ces techniques sont associées à des coûts en capital importants, à des dépenses d'exploitation élevées et à une consommation excessive d'énergie. Dans le but d'électrifier les processus d'amélioration du pétrole brut et de réduire leur empreinte carbone et leurs impacts environnementaux, le chauffage par micro-ondes apparaît comme une technologie avancée offrant un potentiel prometteur pour une élimination efficace des métaux et du soufre dans le pétrole. Cette thèse présente une étude complète sur l'élimination du nickel (Ni), du vanadium (V) et du soufre (S) du pétrole brut en utilisant l'acide bis(2-éthylhexyl) phosphorique (D2EHPA) et la technologie de chauffage par micro-ondes. La recherche englobe divers aspects, notamment la faisabilité de la commercialisation et de l'agrandissement à l'échelle, l'économie du procédé, la cinétique et le mécanisme de démétallisation, le mécanisme de désulfuration et les conditions de réaction optimisées. De plus, un nouveau liquide ionique à base de phosphonium appelé trihexyl tétradécyl phosphonium bis(2-éthylhexyl) phosphate [THTDP][D2EHP] est synthétisé et évalué pour la désulfuration extractive (EDS) des carburants liquides et du pétrole brut.