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
