UHLOVODÍKOVÉ TECHNOLOGIE – PERSPEKTIVY A VÝZVY Doc. Ing. Jaromír Lederer, CSc. VUANCH/UniCRE
O ČEM BUDEME DISKUTOVAT?
CO POTŘEBUJEME DNES ?
KRYTÍ NAŠICH POTŘEB - DOSTATEK ROPY
ZÁKLADNÍ CHEMIKÁLIE A PALIVA Z JINÝCH FOSILNÍCH ZDROJŮ
ZÁKLADNÍ CHEMIKÁLIE Z OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ
BLÍZKÉ A VZDÁLENÉ PERSPEKTIVY
CHEMICKÝ PRŮMYSL V ČR – 80 %
RAFINÉRSKÉ ZPRACOVÁNÍ ROPY
ZÁKLADNÍ ORGANICKÁ TECHNOLOGIE A PETROCHEMIE
CHEMIE OLEFINŮ A AROMÁTŮ
ZÁKLADNÍ(?) POLYMERY
DNES I DO BUDOUCNOSTI (30 LET)
SUROVINY A VÝROBKY CHEMICKÉHO PRŮMYSLU CO CHCEME ?
C O M Á M E ?
VÝROBKY PRO SPOTŘEBU cca 30 000 POLOPRODUKTY cca 300 (INTERMEDIÁTY) ZÁKLADNÍ CHEMIKÁLIE ETHYLEN, PROPYLEN, BENZEN, AMONIAK, METHANOL, KYSELINA SÍROVÁ, CHLOR
PALIVA LPG, BENZIN, DIESEL, LET. PALIVA, TOPNÉ OLEJE
SUROVINY ROPA, ZEMNÍ PLYN, UHLÍ, BIOMASA, BITUMEN, KEROGENNÍ HORNINY, RUDY, VZDUCH, VODA, SŮL, SÍRA
PROGNÓZA DO ROKU 2050
CO BUDEME POTŘEBOVAT ?
Z JAKÝCH ZÁKLADNÍCH CHEMIKÁLIÍ BUDEME VYCHÁZET ?
JAKÉ BUDEME MÍT K VÝROBĚ ZÁKLADNÍCH CHEMIKÁLIÍ SUROVINY ?
VÝROBKY PRO SPOTŘEBU cca 30 000 POLOPRODUKTY cca 300 (INTERMEDIÁTY)
…..JINÝ SORTIMENT KONEČNÝCH VÝROBKŮ (sklo, papír, len + bavlna,
bioprocesy, biopolymery)
ZÁKLADNÍ CHEMIKÁLIE ETHYLEN, PROPYLEN, BENZEN, AMONIAK, METHANOL, KYSELINA SÍROVÁ, CHLOR
PALIVA LPG, BENZIN, DIESEL, LET.PALIVA, TOPNÉ OLEJE
BUDE PLATIT I DO BUDOUCNA
ALTERNATIVNÍ PALIVA
SUROVINY ZEMNÍ PLYN, UHLÍ, BIOMASA, RUDY, VZDUCH, VODA, SŮL, SÍRA
ROPA
?
SOUČASNÁ A VÝHLEDOVÁ SPOTŘEBA BIOPOLYMERŮ V EU Vzhledem k tomu, že ve světě je zpracováváno cca 540 miliard litrů kravského mléka znamená to, že bylo vyprodukováno180 miliard litrů syrovátky. V České republice je zpracováváno asi 2,5 miliardy litrů, takže velmi přibližně je produkováno 900 milionů litrů syrovátky jako vedlejšího produktu.
škrobové biopolymery, polylaktáty
/ svět: 140 mil.t/rok plastů
VÝZNAM ROPY POHONNÉ HMOTY (BENZIN, DIESEL)
ROVNOVÁHA
ENERGIE
PETROCHEMIE + PLASTY OLFINY, BENZEN
SVĚTOVÁ SPOTŘEBA ENERGIÍ
ZÁSOBY ROPY Oblast
Mld tun
Podíl (%)
Severní Amerika Evropa
8,5
6,1
2,5
1,9
Rusko +
9
6,4
Střední východ
93
Afrika
10
7,1
6
4,2
Asie + Pacifik
66
140 miliard tun…….roční těžba cca 3,6 mld tun……40 let
PROKÁZANÉ ZÁSOBY FOSILNÍCH SUROVIN (roky těžby)
400 350 300 250 ROKY 200 150 100 50 0
ROPA
ZEMNÍ PLYN
UHLÍ
BITUMEN/ KEROGEN
GLOBÁLNÍ ENERGETICKÝ POTENCIÁL BIOMASY BIOMASA – PŘEVÁŽNĚ SACHARIDY A ROSTLINNÉ OLEJE roční
5
produkce 100 biliónů tun
1 Celková spotřeba energie a ropných produktů
Potencionální energie z ročního přírůstku bioamasy biomasy
HLEDEJME NOVOU UNIVERZÁLNÍ SUROVINU POHONNÉ HMOTY (BENZIN, DIESEL)
ROVNOVÁHA
ENERGIE
PETROCHEMIE + PLASTY OLEFINY, BENZEN
SYNTETICKÁ ROPA POHONNÉ HMOTY (BENZIN, DIESEL)
ROVNOVÁHA
ENERGIE
PETROCHEMIE + PLASTY
METHAN (ZEMNÍ PLYN) POHONNÉ HMOTY (BENZIN, DIESEL)
ROVNOVÁHA
ENERGIE
CH4
PETROCHEMIE + PLASTY
CH2 = CH2
METHAN (ZEMNÍ PLYN)= VELKÉ PŘÁNÍ ALE MALÁ NADĚJE POHONNÉ HMOTY (BENZIN, DIESEL)
ROVNOVÁHA
ENERGIE
OCM :
CH4
PETROCHEMIE + PLASTY
CH2 = CH2
UHLÍ POHONNÉ HMOTY (BENZIN, DIESEL)
ROVNOVÁHA
ENERGIE
UHLÍ
PETROCHEMIE + PLASTY OLEFINY, BENZEN
CH2 = CH2
SYNTÉZNÍ PLYN = CO + H2 POHONNÉ HMOTY (BENZIN, DIESEL)
ROVNOVÁHA
ENERGIE
PETROCHEMIE + PLASTY OLEFINY, BENZEN
OD SYNPLYNU K PALIVŮM A CHEMIKÁLIÍM
GTL BTL XTL MTO
gas to liquid biomass to liquid vše na kapalné uhlovodíky methanol to olefins
PŘÍMÁ VÝROBA SYNTETICKÉ ROPY Z JINÝCH FOSILNÍCH SUROVIN
Těžitelné světové zásoby a těžba fosilních surovin
Pánev
SP SHP Celkem
Celková těžba do r. 2010 /mld.tun/ 1,119 4,049 5,168
Disponibilní zásoby k 1.1.2011 /mil. tun/ 127 766 893
Těžba v roce 2010 /mil. tun/ 8,420 35,479 43,899
Oil sands are naturally occurring mixtures of sand or clay, water and a thick, heavy substance called bitumen.
Two ways to recover bitumen – mining vs. in‐ situ For oil sands near the surface, it can be mined and moved by trucks to a cleaning facility where the sand is mixed with hot water to separate the bitumen.
For oil sands further beneath the surface, extraction is done through various in‐situ processes. These processes use steam, solvents or thermal energy to make the bitumen flow to a point that it can be pumped by a well to the surface.
Extrakce bitumenu horkou vodou
SYNTETICKÁ ROPA Z UHLÍ
EXTRAKCE…….. WAX PYROLÝZA (KARBONIZACE) Produkce dehtu Hydrogenace dehtu Zpracování syntetické ropy…..AROMATICKÁ
PŘÍMÉ ZKAPALŇOVÁNÍ Hydrokrakování uhelné hmoty Koprocesing ropných zbytků a uhlí Zpracování „syntetické ropy“
NEPŘÍMÉ ZKAPALŇOVÁNÍ Zplyňování na syntézní plyn Fischer-Tropschova syntéza na „syntetickou ropu“
Přímé zkapalňování uhlí oxidy železa, Co-Mo mísení uhlí +nosná kapalina +vodík +katalyzátor
předehřev + vstup do několika reaktorů P= 30 MPa, T= 500°C
syntetická ropa dělení produktů
termická depolymerace (endotermní) katalytická hydrogenace (vysoce exotermní)
DEZA, a.s - Valašské Meziříčí
DEZA je jediným tuzemským zpracovatelem dehtů na výrobky dehtochemického průmyslu Základním výrobním zařízením je destilační komplex s kapacitou cca 420 000 tun surového dehtu Základním výrobkem je benzen – kapacita 170 000 t/rok Společnost pokládá za klíčové výroby následujících produktů: benzen, toluen, xyleny, antrachinon, antracen, naftalen, ftalanhydrid, ftalátová změkčovadla, impregnační oleje, inden-kumaronové pryskyřice, pyridinové a chinolinové deriváty, suroviny pro saze a zejména černouhelnou smolu v různých kvalitách
Nízkoteplotní karbonizace uhlí
Výkon karbonizační pece: 260-280 t/d Počet karb. Pecí: 50 Teploty: 550 °C až 750 °C Výtěžky dehtů (kg/tunu uhlí): Těžký dehet: 20 Lehký dehet: 35 Střední olej: 35 Karbonizační benzin: 7
cca 100 kg na 1 tunu uhlí
Zplyňování uhlí
C H 0,8 O 0,1
O2, H2O
CO + H 2 + (CO2)
Reaktor Shell/Texaco Uhelná suspenze 80 bar
Siemens
Integrated gasification combined cycle – kombinace zplyňování a spalování – výroba elektrické energie
Zachycení a uložení CO2 – technologie CCS
Carbon capture and storage (CCS) is a process that captures carbon dioxide (CO2) emissions and stores them in geological formations deep inside the earth.
CHEMIE SYNTÉZNÍHO PLYNU
Preferovaná technologie - chemismus
Autotermní technologie – maximální efektivita výroby synplynu
CH4 + O2 = CO + 2H2 [EXO] CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O [EXO] CH4 + H2O = CO + 3H2 [ENDO] CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 [ENDO]
CHEMIE SYNTÉZNÍHO PLYNU
GTP……….XTP
FISCHER-TROPSCH SYNTÉZA n CO + (2n+1) H2
CnH2n+2 + H2O CnH2n + H2O
n CO + 2n H2
H(-CH2-)nOH + (n-1)H2O
n CO + 2n H2 Fe, Co - katalyzátory
KATALYZÁTORY
REAKTOROVÉ USPOŘÁDÁNÍ REAKČNÍ PODMÍNKY
PRODUKTY
FTS - produkty
NOVÉ NOSIČE
HYBRIDNÍ SYSTÉMY
FTS – vliv katalyzátoru a podmínek
Pyrolýza na olefiny
Jednotky GTL
Relativní ekonomika GTL surovina pro GTL Methan (ZP)
investiční náklady 1
Uhlí
2
Biomasa
3
METHANOL NA CHEMIKÁLIE
SYNTÉZA METHANOLU
CO + 2H2
CH3OH + TEPLO
Synplyn + methanol = vítězný tým
Pokroky ve výrobě methanolu
MTP – metanol na propylen/ethylen
Rafinerie na bázi methanolu
ETHYLEN, PROPYLEN
RAFINÉRSKO PETROCHEMICKÝ KOMPLEX - PŘÍLEŽITOSTI
PILÍŘE MODERNÍ PETROCHEMIE
OLEFINY ETHYLEN, PROPYLEN BUTADIEN
VODÍK + SYNTÉZNÍ PLYN AMONIAK, METHANOL, GTL
AROMÁTY BENZEN TOLUEN XYLEN - PARAXYLEN
OSTATNÍ PETROCHEMIKÁLIE
TRENDY A VÝZVY - PETROCHEMIE Optimalizace rozhraní mezi rafinérií a petrochemickým komplexem Rozvoj chemie syntézního plynu – inovace ve výrobě vodíku Nové postupy ve výrobě lehkých olefinů (ethylenu, propylenu) Nové postupy v transformaci a využití aromátů Nové a obnovitelné suroviny pro výrobu chemikálií
Optimalizace rozhraní mezi petrochemií a rafinérií
Zlepšení ziskovosti/zvýšení výtěžků cenných produktů Primární benzin na chemikálie (namísto autobenzinu) Využití organického recyklu (C5, C9, HPO) Zvýšení výroby propylenu v FCC
VÝROBNÍ NÁKLADY NA 1 T ETHYLENU USD/t 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0
Saudi Arabia
Asia
Europe
North America
Chemie syntézního plynu •
Syntézní plyn z diverzifikovaných zdrojů
•
Technologie MegaMethanol
•
Fischer-Tropschova syntéza – nové poznatky a jejich aplikace
Inovace ve výrobě a využití vodíku •
Nové postupy v tradičních postupech a vývoj nových technologií
•
Vodík z obnovitelných zdrojů
•
Palivové články ….z laboratoří do praxe
•
Separace vodíku – pomocí membrán
•
Kombinovaná výroba vodíku, energie a paliv
Zlepšení výroby a využití olefinů •
Inovace procesu pyrolýzy uhlovodíků – diverzifikace zdrojů, upgrading vedlejších produktů
•
Procesy transformace syntézního plynu na olefiny - MTO, MTP
•
Oxidativní dehydrogenace ethanu a propanu
•
Metathese
•
Role ethanolu (kvasného)
Chemie C4-frakce •
Nové technologie alkylace – pevné lože
•
Skeletální izomerizace
•
Selektivní hydrogenace
•
Zhodnocení Rafinátu II Látky C3 n-butan isobutan isobuten 1-buten 2-buten 1,3-butadien C5 Suma
C4-frakce
C4-rafinat 1
C4-rafinat 2
0.5 2,0 1,0 22,0 14,0 11,0 49,0 0.5 100
0.98 3,9 2,0 43.14 27.45 21.57 0,0 0.98 100
1,7 6,9 3,4 0,0 48,3 37,9 0,0 1,7 100
Role aromátů •
Flexibilní zpracování reformátu
•
Komplexní zpracování pyrolýzního benzinu (styren, inden..)
•
Maximalizace produkce p-xylenu
•
Oxidace a amoxidace aromátů
•
ARINO
PILÍŘE MODERNÍHO RAFINÉRSKÉHO ZPRACOVÁNÍ ROPY
ČISTÁ PALIVA EMISE
BIOPALIVA
DIESELIZACE
BOTTOM OF THE BARREL
Trendy ve spotřebě paliv v ČR
Klíčové rafinérské procesy
ISOMERIZACE / ALKYLACE/ REFORMING
FCC
HYDROTREATMENT
HYDROKRAKOVÁNÍ
BOTTOM OF THE BARREL / ZPRACOVÁNÍ TĚŽKÝCH OLEJŮ
ISOMERIZACE / ALKYLACE / REFORMING H3C
CH3 31
74
H3C H3C
76
CH3
94
CH3
H 3C CH3
katalyzátory na bázi Pt / W / ZrO2
H3C H3C
105
CH3
CH3
H3C H3C
CH3 CH3
HYDROTREATMENT / HYDROKRAKOVÁNÍ •
Primární frakce – HDS, obsah síry (< 10 ppm)
•
Zpracování sekundárních frakcí (AGO z VBU, LCO z FCC, C9 z SC)
•
Nové požadavky na katalyzátory: •
Velké molekuly – asfalteny, kovové sloučeniny
•
Hlubší desulfurace, denitrogenace, dearomatizace
•
Isomerizace
FCC
FCC
Conversion ~ 78-87% (100%-LCO-Slurry) Dry gas ~ 3,6-4,5 % wag C3 ~1,5-2,0 % C4 olefins ~7,5-10,5% C4 parafins ~4,6-5,8% HCO ~ 4-7% Oxidy kovů vzácných zemin (REO) ?
ZPRACOVÁNÍ ROPNÝCH ZBYTKŮ Carbon rejection or hydrogen injection ?
POX VODÍK vs. ZBYTEK + VODÍK
MOTOROVÁ PALIVA
LC – fining H – oil ENI – nová výrobní jednotka (Beluzzi, DGMK) spojení technologických předností minimalizace úzkých míst
Možnosti využití biomasy Sugars
Hemicellulose, Cellulose, Starch
Triglycerides
CHEMISTRY
Lignin, Terpenes
BIOMASS
Products
Glycerol
Syngas (CO+H2)
Bio-oil
Catalytic deoxygenation
Fischer-Tropsch synthesis
Epichlorhydrin
REFINERY-PETROCHEMICAL COMPLEX Diesel
Gasoline
Propylenglykoly
Chemicals
Energie z OZE celkem podle AVOZE IV.2008 280
Solární
260 240 220
POWER
Větrná
200 160 120
Biomasa vč. bioplynu a kap biopaliv
100
Geotermální
140
80 60
Vodní
40 20 2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
0 2005
[ PJ/rok ]
180
ZÁVĚRY QUIDQUID AGIS, PRUDENTER AGAS ET RESPICE FINEM cokoli děláš, dělej rozvážně a ber v úvahu konec
