Gaz syntezowy do benzyny plus
Syngaz do benzyny plus (STG+) to termochemiczny proces przekształcania gazu ziemnego , innych gazowych węglowodorów lub zgazowanej biomasy w paliwa typu drop-in, takie jak benzyna, olej napędowy lub paliwo do silników odrzutowych oraz rozpuszczalniki organiczne.
Chemia procesowa
Proces ten składa się z czterech głównych etapów w jednej ciągłej zintegrowanej pętli, obejmującej cztery reaktory ze złożem stałym w szeregu, w których gaz syntezowy jest przekształcany w paliwa syntetyczne. Etapy produkcji wysokooktanowej benzyny syntetycznej są następujące:
-
Synteza metanolu : gaz syntezowy jest podawany do reaktora 1, pierwszego z czterech reaktorów, w którym większość gazu syntezowego przekształca się w metanol podczas przechodzenia przez złoże katalizatora.
- + H2 →
-
eteru dimetylowego (DME): Bogaty w metanol gaz z reaktora 1 jest następnie podawany do reaktora 2, drugiego reaktora STG+. Metanol jest wystawiony na działanie katalizatora i większość z nich jest przekształcana w DME, co obejmuje odwodnienie z metanolu w celu utworzenia DME.
- 2CH3OH → CH3OCH3 + H2O _ _ _ _
- Synteza benzyny: gazowy produkt z Reaktora 2 jest następnie podawany do Reaktora 3, trzeciego reaktora zawierającego katalizator do konwersji DME do węglowodorów, w tym parafin ( alkanów ), związków aromatycznych , naftenów ( cykloalkanów ) i niewielkich ilości olefin ( alkenów ), zazwyczaj z liczba atomów węgla od 6 do 10.
- Obróbka benzyny: Czwarty reaktor zapewnia transalkilację i uwodornienie produktów pochodzących z Reaktora 3. Obróbka redukuje składniki durenu / izodurenu ( tetrametylobenzeny ) i trimetylobenzenu , które mają wysokie temperatury zamarzania i muszą być minimalizowane w benzynie. W rezultacie syntetyczny produkt benzynowy ma wysoką liczbę oktanową i pożądane właściwości lepkościowe.
- Separator: Na koniec mieszanina z reaktora 4 jest skraplana w celu uzyskania benzyny. Nieskroplony gaz i benzyna są rozdzielane w konwencjonalnym skraplaczu/separatorze. Większość nieskondensowanego gazu z separatora produktów staje się gazem zawracanym do obiegu i jest przesyłana z powrotem do strumienia zasilającego do Reaktora 1, pozostawiając syntetyczną benzynę składającą się z parafin, związków aromatycznych i naftenów.
Katalizatory
Proces STG+ wykorzystuje standardowe katalizatory podobne do tych stosowanych w innych technologiach gaz-płyn, w szczególności w procesach metanol-benzyna. Procesy z metanolem do benzyny faworyzują katalizatory zeolitowe selektywne pod względem wielkości i kształtu , a proces STG+ wykorzystuje również dostępne w handlu katalizatory selektywne pod względem kształtu, takie jak ZSM-5 .
Wydajność procesu
Według Primus Green Energy, proces STG+ przekształca gaz ziemny w benzynę o liczbie oktanowej 90+ w ilości około 5 galonów amerykańskich na milion brytyjskich jednostek termicznych (65 litrów na megawatogodzinę). Zawartość energii w benzynie wynosi od 120 000 do 125 000 brytyjskich jednostek termicznych na galon amerykański (9,3 do 9,7 kilowatogodzin na litr), co sprawia, że proces ten jest wydajny w około 60%, przy 40% utracie energii.
Gazyfikacja
Podobnie jak w przypadku innych procesów gaz-płyn, STG+ wykorzystuje jako surowiec gaz syntezowy wytwarzany za pomocą innych technologii. Ten gaz syntezowy można wytwarzać za pomocą kilku dostępnych na rynku technologii iz szerokiej gamy surowców, w tym gazu ziemnego, biomasy i stałych odpadów komunalnych .
Gaz ziemny i inne gazy bogate w metan, w tym wytwarzane z odpadów komunalnych, są przekształcane w gaz syntezowy za pomocą technologii reformingu metanu , takich jak reforming parowy metanu i reforming autotermiczny .
Technologie zgazowania biomasy są mniej ugruntowane, chociaż kilka opracowywanych systemów wykorzystuje reaktory ze złożem stałym lub fluidalnym .
Porównanie z innymi technologiami GTL
Inne technologie syntezy gazu syntezowego do paliw płynnych obejmują proces Fischera-Tropscha i procesy metanolu do benzyny.
Badania przeprowadzone na Uniwersytecie Princeton wskazują, że procesy przekształcania metanolu w benzynę są konsekwentnie bardziej opłacalne, zarówno pod względem kosztów kapitałowych, jak i kosztów całkowitych, niż proces Fischera-Tropscha na małą, średnią i dużą skalę. Wstępne badania sugerują, że proces STG+ jest bardziej wydajny energetycznie i zapewnia najwyższą wydajność przetwarzania metanolu na benzynę.
Proces Fischera-Tropscha
Podstawową różnicą między procesem Fischera-Tropscha a procesami metanolu do benzyny, takimi jak STG +, są zastosowane katalizatory, rodzaje produktów i ekonomia.
Ogólnie rzecz biorąc, proces Fischera-Tropscha faworyzuje nieselektywne katalizatory kobaltowe i żelazne , podczas gdy technologie metanolu do benzyny faworyzują zeolity selektywne pod względem wielkości i kształtu cząsteczek. Jeśli chodzi o rodzaje produktów, produkcja metodą Fischera-Tropscha została ograniczona do parafin liniowych , takich jak syntetyczna ropa naftowa, podczas gdy w procesach metanolu do benzyny można wytwarzać związki aromatyczne, takie jak ksylen i toluen , oraz nafteny i izoparafiny, takie jak drop-in benzyna i paliwo lotnicze.
Główny produkt procesu Fischera-Tropscha, syntetyczna ropa naftowa, wymaga dodatkowej rafinacji w celu wytworzenia produktów paliwowych, takich jak olej napędowy czy benzyna. Ta rafinacja zwykle generuje dodatkowe koszty, co powoduje, że niektórzy liderzy branży określają ekonomikę procesów Fischera-Tropscha na skalę komercyjną jako trudne.
Metanol na benzynę
Technologia STG+ oferuje kilka wyróżników, które odróżniają ją od innych procesów metanolu do benzyny. Różnice te obejmują elastyczność produktu, redukcję durenu, wpływ na środowisko i koszt kapitału.
Tradycyjne technologie przetwarzania metanolu na benzynę umożliwiają wytwarzanie oleju napędowego, benzyny lub skroplonego gazu ropopochodnego . STG+ produkuje benzynę, olej napędowy, paliwo do silników odrzutowych i aromaty, w zależności od zastosowanych katalizatorów. Technologia STG+ obejmuje również redukcję durenu w swoim podstawowym procesie, co oznacza, że cały proces produkcji paliwa wymaga tylko dwóch etapów: produkcji gazu syntezowego i syntezy gazu do cieczy. Inne procesy metanolu do benzyny nie obejmują redukcji durenu w procesie rdzeniowym i wymagają wdrożenia dodatkowego etapu rafinacji.
Ze względu na dodatkową liczbę reaktorów, tradycyjne procesy przetwarzania metanolu na benzynę wiążą się z nieefektywnością, taką jak dodatkowy koszt i straty energii skraplania i odparowywania metanolu przed podaniem go do jednostki redukcji durenu. Te nieefektywności mogą prowadzić do większych kosztów kapitałowych i wpływu na środowisko niż procesy przetwarzania metanolu na benzynę, które wykorzystują mniej reaktorów, takich jak STG+. Proces STG+ eliminuje wielokrotne skraplanie i parowanie, a proces bezpośrednio przekształca gaz syntezowy w płynne paliwa transportowe, bez wytwarzania cieczy pośrednich. Eliminuje to konieczność magazynowania dwóch produktów, w tym magazynowania ciśnieniowego gazu płynnego oraz magazynowania ciekłego metanolu.
Uproszczenie procesu przekształcania gazu w ciecz poprzez łączenie wielu etapów w mniejszej liczbie reaktorów prowadzi do zwiększenia wydajności i wydajności, umożliwiając tańsze obiekty, które można łatwiej skalować.
Komercjalizacja
Technologia STG+ działa obecnie na skalę przedkomercyjną w Hillsborough w stanie New Jersey w zakładzie należącym do firmy Primus Green Energy zajmującej się paliwami alternatywnymi. Zakład produkuje rocznie około 100 000 galonów wysokiej jakości benzyny typu drop-in bezpośrednio z gazu ziemnego. Ponadto firma ogłosiła wyniki raportu niezależnego inżyniera przygotowanego przez E3 Consulting, w którym stwierdzono, że wydajność systemu STG+ i katalizatora przekroczyła oczekiwania podczas eksploatacji instalacji. Przedkomercyjny zakład demonstracyjny osiągnął również 720 godzin ciągłej pracy.
Primus Green Energy ogłosił plany rozpoczęcia budowy swojej pierwszej komercyjnej elektrowni STG+ w drugiej połowie 2014 roku, a firma ogłosiła, że zakład ten ma produkować około 27,8 miliona galonów paliwa rocznie.
Na początku 2014 roku Urząd Patentów i Znaków Towarowych Stanów Zjednoczonych (USPTO) zezwolił na patent Primus Green Energy obejmujący technologię STG+ z pojedynczą pętlą.