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 SUROVINY ZEMNÍ PLYN, UHLÍ, BIOMASA, RUDY, VZDUCH, VODA, SŮL, SÍRA BUDE PLATIT I DO BUDOUCNA ALTERNATIVNÍ PALIVA 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 8,5 6,1 Amerika Evropa 2,5 1,9 Rusko + 9 6,4 Střední východ 93 66 Afrika 10 7,1 Asie + Pacifik 6 4,2 140 miliard tun.roční těžba cca 3,6 mld tun 40 let
PROKÁZANÉ ZÁSOBY FOSILNÍCH SUROVIN (roky těžby) ROKY 400 350 300 250 200 150 100 50 0 ROPA ZEMNÍ PLYN UHLÍ BITUMEN/ KEROGEN
GLOBÁLNÍ ENERGETICKÝ POTENCIÁL BIOMASY BIOMASA PŘEVÁŽNĚ SACHARIDY A ROSTLINNÉ OLEJE 5 roční produkce 100 biliónů tun 1 Celková spotřeba energie a ropných produktů Potencionální energie z ročního přírůstku biomasy bioamasy
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 CH 4 PETROCHEMIE + PLASTY CH2 = CH2
METHAN (ZEMNÍ PLYN)= VELKÉ PŘÁNÍ ALE MALÁ NADĚJE POHONNÉ HMOTY (BENZIN, DIESEL) ROVNOVÁHA ENERGIE PETROCHEMIE + PLASTY OCM : CH 4 CH2 = CH2
UHLÍ POHONNÉ HMOTY (BENZIN, DIESEL) ROVNOVÁHA ENERGIE PETROCHEMIE + PLASTY OLEFINY, BENZEN UHLÍ CH2 = CH2
SYNTÉZNÍ PLYN = CO + H 2 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 Celková těžba do r. 2010 /mld.tun/ Disponibilní zásoby k 1.1.2011 /mil. tun/ Těžba v roce 2010 /mil. tun/ SP 1,119 127 8,420 SHP 4,049 766 35,479 Celkem 5,168 893 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 O 2, H 2 O CO + H 2 + (CO 2 )
Reaktor Shell/Texaco Siemens Uhelná suspenze 80 bar
Integrated gasification combined cycle kombinace zplyňování a spalování výroba elektrické energie
Zachycení a uložení CO 2 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 CH 4 + O 2 = CO + 2H 2 [EXO] CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O [EXO] CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 [ENDO] CH 4 + CO 2 = 2CO + 2H 2 [ENDO]
CHEMIE SYNTÉZNÍHO PLYNU
GTP.XTP
FISCHER-TROPSCH SYNTÉZA n CO + (2n+1) H 2 n CO + 2n H 2 n CO + 2n H 2 C n H 2n+2 + H 2 O C n H 2n + H 2 O H(-CH 2 -) n OH + (n-1)h 2 O 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 investiční náklady Methan (ZP) 1 Uhlí 2 Biomasa 3
METHANOL NA CHEMIKÁLIE
SYNTÉZA METHANOLU CO + 2H 2 CH 3 OH + 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 AROMÁTY BENZEN TOLUEN XYLEN - PARAXYLEN VODÍK + SYNTÉZNÍ PLYN OSTATNÍ PETROCHEMIKÁLIE AMONIAK, METHANOL, GTL
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 700 600 500 400 300 200 100 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 C 4 -frakce C 4 -rafinat 1 C 4 -rafinat 2 C 3 0.5 0.98 1,7 n-butan 2,0 3,9 6,9 isobutan 1,0 2,0 3,4 isobuten 22,0 43.14 0,0 1-buten 14,0 27.45 48,3 2-buten 11,0 21.57 37,9 1,3-butadien 49,0 0,0 0,0 C 5 0.5 0.98 1,7 Suma 100 100 100
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 DIESELIZACE BIOPALIVA 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 H 3 C CH 3 31 74 76 94 105 H 3 C CH 3 H 3 C H 3 C CH 3 CH 3 H3C CH 3 H 3 C CH 3 C H 3 H 3 C CH 3 CH3 katalyzátory na bázi Pt / W / ZrO 2
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 BIOMASS Lignin, Terpenes Products Glycerol CHEMISTRY Triglycerides Bio-oil Syngas (CO+H 2 ) Catalytic deoxygenation Fischer-Tropsch synthesis REFINERY-PETROCHEMICAL COMPLEX Epichlorhydrin Propylenglykoly Gasoline Diesel Chemicals Energie z OZE celkem podle AVOZE IV.2008 280 260 Solární 240 POWER 220 200 180 Větrná 160 140 120 100 80 60 40 20 0 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 [ PJ/rok ] Biomasa vč. bioplynu a kap biopaliv Geotermální Vodní
ZÁVĚRY QUIDQUID AGIS, PRUDENTER AGAS ET RESPICE FINEM cokoli děláš, dělej rozvážně a ber v úvahu konec