Ing.Hugo Kittel, CSc., MBA, ČeR a.s. Kralupy n.vlt Presentace vypracovaná pro ČAPPO Praha 2.10.2002
GTL (Gas-to-Liquid) představuje obecný pojem používaný pro technologie konverze plynu na kapalné produkty Zahrnuje produkci motorových paliv a některých petrochemických produktů metanolu, DME, vyšších éterů, ale i čpavku Nezahrnuje zkapalňování plynu LNG Teoretické základy vytvořeny ve 30 letech V souvislosti s hledáním alternativního zdroje uhlovodíků k ropě
Hlavní důvody pro rozvoj GTL technologií: Zpřísňování emisních předpisů obecně, stále přísnější regulace spalování plynů (flaring), zpřísňování kvalitativních standardů motorových paliv Značné zásoby ZP jako základní suroviny a naopak omezené zásoby ropy Geografická vzdálenost ložisek plynu a míst jeho spotřeby Možnost konverze ZP do kapalné formy a tak snadnější přeprava existujícími zařízeními. Produkty GTL technologií leze přepravit snáze než LNG Zvyšování cen ropy Pokrok v řešení chemických aparátů, zejména reaktorů Značná flexibilita GTL technologií z hlediska finálních produktů Možnost produkovat vysoce čistá, zejména NM Možnost zpracovat i menší ložiska ZP pomocí mobilních zařízení
Odsíření ZP Parciální oxidace CH 4 + O 2 Plyny Výroba kyslíku Benzin Diesel Výroba synplynu (H 2 + CO) Fischer Tropschova syntéza Parafín Hydrokrakování parafínů (2n+1) H2 + n CO CnH2n+2 + nh2o Parní reforming CH 4 + H 2 O Suchý reforming CH 4 + CO 2
VÝROBA SYNTÉZNÍHO PLYNU Termická parciální oxidace Řízená oxidace ZP kyslíkem Exotermní průběh, tepelně soběstačná. Termická varianta ve vyzděném prázném reaktoru, teploty 1250 1500 C, doba zdržení 5 s Katalytická varianta: Ni, Co, nebo platinové kovy na alumině. T 750 800 C. Nebezpečí výbuch! Poskytuje vyšší koncentraci CO a poměr H 2 /CO ideální pro výrobu syntetických paliv (2 / 1) Nutný zdroj kyslíku, představuje hlavní nevýhodu Keramický mebránový reaktor separuje kyslík potřebný k oxidaci přímo ze vzduch
VÝROBA SYNTÉZNÍHO PLYNU - pokračování Parní reformování Technologie primárně navržená pro produkci vodíku Reformuje se methan s vodní párou. Endotermní průběh. Reakce probíhají na Ni katalyzátoru nasypaném v trubkách a umístěných v peci nebo ve fluidním reaktoru (FCC) Teploty až 1000 C v radiální sekci Investičně velmi náročné
VÝROBA SYNTÉZNÍHO PLYNU - dokončení Suché reformování Zajímavé z ekologického hlediska, neboť využívá CO 2 Vzniká plyn s nižším poměrem H 2 /CO Kombinované procesy Parní reformování (endotermní)+ parciální oxidace (exotermní) Autotermní, Dá se regulovat poměr H 2 /CO
FISCHER TROPSCHOVA SYNTÉZA Kritická operace GTL komplexu Syntéza (oligomerace, polymerace) syntetická ropy Cílem produkce uhlovodíků z dlouhými řetězci - ve spojení s následujícím hydrokrakováním poskytuje velkou výtěžkovou flexibilitu Silně exotermní reakce kontrola teploty a odvod tepla klíčový problém Reaktor: Trubkový, s pevným ložem katalyzátoru (Shell, Sasol SAS a TFB) S fluidním ložem (Syntroleum, Sasol CFB) Multi-Phase Slurry Reactor (ExxonMobil, Sasol SP) Katalyzátor: Na bázi Fe, modernější nízkoteplotní na bázi Co
DESTILACE Hlavní produkt NM Další produkty LPG, benzín, parafín. Vedlejší produkt voda HYDROKRAKOVÁNÍ Parafíny C20 a vyšší Především ke zvýšení produkce NM Reaktor T ( C) Produkty (%hm) CH4 SAS 340 4 TFB 220 270 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
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
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
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 Hustota (kg/m3) 690 738 780 DK 15 95 % obj ( C) 43 154 147 247 200-358 S (ppm) < 3 < 10 < 15 A (% obj) 0,0 0,1 0,1
EKONOMIE: 1 mil m 3 ZP = 500 t syntetické ropy Investiční náklady: 25000 US$ / bpd kapacity 750 mil US$ na 30000 bpd Syntroleum: Kapacita 5600 bpd za 97 US$ ZP Syntézní plyn Syntetická RO Kapalná paliva REFORMOVÁNÍ FT SYNTÉZA ÚPRAVA / FRAKCIONACE 60% 25% 15% Rentabilní: Při ceně ropy 15 23 US$/t Rentabilita velice závisí na ceně ZP
Pro GTL výrobní komplexy je charakteristické: Aplikace nejmodernějších poznatků reaktorového inženýrství Intenzivní vývoj nových katalytických systémů Vysoká integrace využití tepla v celém komplexu energetická soběstačnost Rozsáhlé využití páry k pohonu točivých strojů a topení Integrace s rafinérskými technologiemi. Syntetická ropa vyhraněně parafinického složení vstupuje jako surovina do standardní rafinerie
Pozice GTL technologií na trhu paliv a chemikálií Existuje velké množství publikací na toto téma Pokračuje velmi intenzivní výzkum a testování, podporovaný tvorbou aliancí firem Přerostlo od pilotních jednotek do komerčně realizovaných, plnohodnotných procesů. Publikována řada investičních záměrů na nové jednotky V roce 2015 se předpokládá výroba mezi 0,5 2,5 mil bpd Ovlivní rafinérský průmysl více než kterákoliv jiná technologie za posledních 50 let. Může překonat paradigma o možných způsobech výroby čistých paliv 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 V důsledku vysoké čistoty produktů prioritní dodavatel paliv pro palivové články