Technologie GTL konverze plynu na motorová paliva

Ing.Hugo Kittel, CSc., MBA,
ČeR a.s. Kralupy n.Vlt
Presentace vypracovaná pro ČAPPO
Praha 2.10.2002
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
• GTL (Gas-to-Liquid) představuje obecný pojem používaný pro
technologie konverze plynu na kapalné produkty
ü Zahrnuje produkci motorových paliv a některých petrochemických
produktů – metanolu, DME, vyšších éterů, ale i čpavku
ü Nezahrnuje zkapalňování plynu – LNG
•Teoretické základy vytvořeny ve 30 letech
üV souvislosti s hledáním alternativního zdroje uhlovodíků k ropě
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
Hlavní důvody pro rozvoj GTL technologií:
ü Zpřísňování emisních předpisů obecně, stále přísnější regulace spalování
plynů (flaring), zpřísňování kvalitativních standardů motorových paliv
ü Značné zásoby ZP jako základní suroviny a naopak omezené zásoby ropy
ü Geografická vzdálenost ložisek plynu a míst jeho spotřeby
ü Možnost konverze ZP do kapalné formy a tak snadnější přeprava existujícími
zařízeními. Produkty GTL technologií leze přepravit snáze než LNG
ü Zvyšování cen ropy
ü Pokrok v řešení chemických aparátů, zejména reaktorů
ü Značná flexibilita GTL technologií z hlediska finálních produktů
ü Možnost produkovat vysoce čistá motorová paliva, zejména NM
ü Možnost zpracovat i menší ložiska ZP pomocí mobilních zařízení
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
Odsíření ZP
Parciální oxidace
CH4 + O2
Plyny
Benzin
Výroba
kyslíku
Výroba
synplynu
(H2 + CO)
Diesel
Fischer
Tropschova
syntéza
Parafín
(2n+1) H2 + n CO à CnH2n+2 + nH2O
Parní reforming
CH4 + H2O
Suchý reforming
CH4 + CO2
Hydrokrakování
parafínů
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
VÝROBA SYNTÉZNÍHO PLYNU
Termická parciální oxidace
ü Řízená oxidace ZP kyslíkem
ü Exotermní průběh, tepelně soběstačná.
ü Termická varianta ve vyzděném prázném reaktoru, teploty 1250 – 1500
°C, doba zdržení 5 s
ü Katalytická varianta: Ni, Co, nebo platinové kovy na alumině. T 750 –
800 °C. Nebezpečí výbuch!
ü Poskytuje vyšší koncentraci CO a poměr H2/CO ideální pro výrobu
syntetických paliv (2 / 1)
ü Nutný zdroj kyslíku, představuje hlavní nevýhodu
üKeramický mebránový reaktor – separuje kyslík potřebný k oxidaci přímo
ze vzduch
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
VÝROBA SYNTÉZNÍHO PLYNU - pokračování
Parní reformování
ü Technologie primárně navržená pro produkci vodíku
ü Reformuje se methan s vodní párou.
ü Endotermní průběh. Reakce probíhají na Ni katalyzátoru nasypaném
v trubkách a umístěných v peci nebo ve fluidním reaktoru (FCC)
üTeploty až 1000 °C v radiální sekci
ü Investičně velmi náročné
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
VÝROBA SYNTÉZNÍHO PLYNU - dokončení
•Suché reformování
ü Zajímavé z ekologického hlediska, neboť využívá CO2
ü Vzniká plyn s nižším poměrem H2/CO
Kombinované procesy
•Parní reformování (endotermní)+ parciální oxidace (exotermní)
ü Autotermní,
ü Dá se regulovat poměr H2/CO
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
FISCHER TROPSCHOVA SYNTÉZA
ü Kritická operace GTL komplexu
ü Syntéza (oligomerace, polymerace) à syntetická ropy
ü Cílem produkce uhlovodíků z dlouhými řetězci - ve spojení s následujícím
hydrokrakováním poskytuje velkou výtěžkovou flexibilitu
ü Silně exotermní reakce – kontrola teploty a odvod tepla klíčový problém
ü Reaktor:
ü Trubkový, s pevným ložem katalyzátoru (Shell, Sasol SAS a TFB)
ü S fluidním ložem (Syntroleum, Sasol CFB)
ü Multi-Phase Slurry Reactor (ExxonMobil, Sasol SP)
ü Katalyzátor: Na bázi Fe, modernější nízkoteplotní na bázi Co
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
DESTILACE
ü Hlavní produkt NM
ü Další produkty LPG, benzín, parafín. Vedlejší produkt voda
HYDROKRAKOVÁNÍ
Reaktor
SAS
TFB
ü Parafíny C20 a vyšší
ü Především ke zvýšení
produkce NM
T (°C)
340
220 – 270
CH4
4
7
Alkeny C2 – C4
4
24
Alkany C2 – C4
4
6
Benzin
18
36
Strední frakce
19
12
Težké frakce a vosky
48
9
Kyslíkaté látky rozpustné ve vode
3
6
Produkty (%hm)
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
Licensoři GTL technologie:
BPAmocoArco:
•
•
Arco, pilotní 70 b/d jednotka v rafinerii Cherry Point, stát Washington
Pro výrobu synplynu suché reformování
ExxonMobil:
•
•
•
•
•
AGCT – 21
Synplyn kombinovanou technologií parního reformování a parciální oxidace
v reaktoru s fluidním ložem
FT syntéza pomocí Slurry Bubble Column Reactor na Co katalyzátoru
Ověřeno na pilotní jednotce 200 bpd
V jednání GTL projekt v Kataru, 50000 – 100000 bpd
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
Licensoři GTL technologie - pokračuje
Sasol / Chevron
•
•
•
•
•
•
Využívá zkušenosti ze zkapalňování uhlí
Vlastní FT syntéza v provozu již přes 40 let
Slurry Phase Distillate Process jako nejnovější varianta
Rafinerie Mosref, JAR, 30000 bpd, od roku 1993;
Phillips rafinerie v Kataru, 20000 bpd, od roku 2002
Nigerie, Escavros, 30000 bpd, od 2004
Shell
•
•
•
Nejčastěji publikuje na téma GTL technologií. MDS Process
Rafinerie Bintulu, Malajsie, 12500 bpd, od 1994
V roce 1997 výbuch v kyslíkárně, opět uvedeno do provozu 2000
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
Licensoři komplexní technologie dokončení
Syntroleum
•
•
•
•
Autotermní reformování vzduchem. Ni katalyzátor
FT syntéza ve fluidním reaktoru na Co katalyzátoru
Ověřeno na pilotní jednotce 2 bpd
Texaco, destinace neuvedena, 2500 b/d
Bi
Pe
PO
690
738
780
43 – 154
147 – 247
200 - 358
S (ppm)
<3
< 10
< 15
A (% obj)
0,0
0,1
0,1
Hustota (kg/m3)
DK 15 – 95 % obj (°C)
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
EKONOMIE:
1 mil m3 ZP = 500 t syntetické ropy
Investiční náklady:
• 25000 US$ / bpd kapacity à 750 mil US$ na 30000 bpd
• Syntroleum: Kapacita 5600 bpd za 97 US$
ZP
Syntézní plyn
Syntetická RO
Kapalná paliva
àREFORMOVÁNÍ à FT SYNTÉZA à ÚPRAVA / FRAKCIONACE à
60%
25%
15%
Rentabilní:
• Při ceně ropy 15 – 23 US$/t
• Rentabilita velice závisí na ceně ZP
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
Pro GTL výrobní komplexy je charakteristické:
ü Aplikace nejmodernějších poznatků reaktorového inženýrství
ü Intenzivní vývoj nových katalytických systémů
ü Vysoká integrace využití tepla v celém komplexu – energetická
soběstačnost
ü Rozsáhlé využití páry k pohonu točivých strojů a topení
ü Integrace s rafinérskými technologiemi. Syntetická ropa vyhraněně
parafinického složení vstupuje jako surovina do standardní rafinerie
Technologie GTL konverze plynu na
motorová paliva
Pozice GTL technologií na trhu paliv a chemikálií
ü Existuje velké množství publikací na toto téma
ü Pokračuje velmi intenzivní výzkum a testování, podporovaný tvorbou aliancí
firem
ü Přerostlo od pilotních jednotek do komerčně realizovaných, plnohodnotných
procesů. Publikována řada investičních záměrů na nové jednotky
ü V roce 2015 se předpokládá výroba mezi 0,5 – 2,5 mil bpd
ü Ovlivní rafinérský průmysl více než kterákoliv jiná technologie za posledních
50 let. Může překonat paradigma o možných způsobech výroby čistých paliv
ü Nemá být chápáno jako konkurence rafinérií, ale1) jako nový zdroj velmi
čistých komponent pro výrobu motorový paliv nebo2) jako nová možnost
v portfóliu rafinérských technologií, např. pro zpracování těžkých podílů z ropy
ü V důsledku vysoké čistoty produktů prioritní dodavatel paliv pro palivové
články