Сингаз в бензин плюс
Сингаз в бензин плюс (STG+) — это термохимический процесс преобразования природного газа , других газообразных углеводородов или газифицированной биомассы в топливо, такое как бензин, дизельное топливо или топливо для реактивных двигателей, а также органические растворители.
Технологическая химия
[ редактировать ]
Этот процесс состоит из четырех основных стадий в одном непрерывном интегрированном цикле, включающем четыре реактора с неподвижным слоем последовательных , в которых синтез-газ преобразуется в синтетическое топливо. Этапы производства высокооктанового синтетического бензина следующие: [1]
- Синтез метанола : Синтез-газ подается в реактор 1, первый из четырех реакторов, который преобразует большую часть синтез-газа в метанол при прохождении через слой катализатора.
- CO + 2 H 2 →
- Синтез диметилового эфира (ДМЭ). Богатый метанолом газ из реактора 1 затем подается в реактор 2, второй реактор STG+. Метанол подвергается воздействию катализатора , и большая его часть превращается в ДМЭ, что включает дегидратацию метанола с образованием ДМЭ.
- 2 CH 3 OH → CH 3 OCH 3 + H 2 O
- Синтез бензина: газообразный продукт реактора 2 затем подается в реактор 3, третий реактор, содержащий катализатор конверсии ДМЭ в углеводороды, включая парафины ( алканы ), ароматические соединения , нафтены ( циклоалканы ) и небольшие количества олефинов ( алкены ), обычно с число атомов углерода от 6 до 10.
- Обработка бензина: Четвертый реактор обеспечивает обработку трансалкилированием и гидрированием продуктов, поступающих из реактора 3. Обработка уменьшает количество дуреновых / изодуреновых ( тетраметилбензолов ) и триметилбензольных компонентов, которые имеют высокие температуры замерзания и должны быть сведены к минимуму в бензине. В результате синтетический бензин имеет высокое октановое число и желаемые вискозиметрические свойства.
- Сепаратор: Наконец, смесь из реактора 4 конденсируется с получением бензина. Неконденсированный газ и бензин разделяются в обычном конденсаторе/сепараторе. Большая часть неконденсированного газа из сепаратора продуктов становится рециркулируемым газом и направляется обратно в поток сырья в реактор 1, оставляя синтетический бензин, состоящий из парафинов, ароматических соединений и нафтенов.
Катализаторы
[ редактировать ]В процессе STG+ используются стандартные катализаторы, аналогичные тем, которые используются в других технологиях превращения газа в жидкость, в частности в процессах превращения метанола в бензин. селективным по размеру и форме молекул . В процессах получения метанола из бензина предпочтение отдается цеолитным катализаторам, [2] а в процессе STG+ также используются коммерчески доступные катализаторы избирательной формы, такие как ZSM-5 . [3]
Эффективность процесса
[ редактировать ]По данным Primus Green Energy, процесс STG+ преобразует природный газ в бензин с октановым числом 90+ при расходе примерно 5 галлонов США на миллион британских тепловых единиц (65 литров на мегаватт-час). [4] Энергоемкость бензина составляет от 120 000 до 125 000 британских тепловых единиц на галлон США (от 9,3 до 9,7 киловатт-часов на литр), что делает этот процесс эффективным примерно на 60% при потере энергии 40%.
Газификация
[ редактировать ]Как и в случае с другими процессами преобразования газа в жидкость, STG+ использует в качестве сырья синтез-газ, полученный с помощью других технологий. Этот синтез-газ можно производить с помощью нескольких коммерчески доступных технологий и из широкого спектра сырья, включая природный газ, биомассу и твердые бытовые отходы .
Природный газ и другие газы, богатые метаном, в том числе полученные из бытовых отходов, перерабатываются в синтез-газ с помощью технологий риформинга метана, таких как паровой риформинг метана и автотермический риформинг .
Технологии газификации биомассы менее развиты, хотя в некоторых разрабатываемых системах используются реакторы с неподвижным или псевдоожиженным слоем . [5]
Сравнение с другими технологиями GTL
[ редактировать ]Другие технологии синтеза синтез-газа в жидкое топливо включают процесс Фишера-Тропша и процессы преобразования метанола в бензин.
Исследования, проведенные в Принстонском университете, показывают, что процессы получения метанола из бензина неизменно более рентабельны как по капитальным затратам, так и по общей стоимости, чем процесс Фишера-Тропша в малых, средних и крупных масштабах. [6] Предварительные исследования показывают, что процесс STG+ является более энергетически эффективным и обеспечивает самый высокий выход метанола из бензина. [7]
Процесс Фишера-Тропша
[ редактировать ]Основное различие между процессом Фишера-Тропша и процессами получения метанола и бензина, такими как STG+, заключается в используемых катализаторах, типах продуктов и экономике.
Как правило, процесс Фишера-Тропша отдает предпочтение неселективным катализаторам на основе кобальта и железа , тогда как технологии преобразования метанола в бензин отдают предпочтение цеолитам, селективным по размеру и форме молекул. [8] Что касается типов продуктов, производство Фишера-Тропша ограничивается линейными парафинами . [8] например, синтетическая сырая нефть, тогда как процессы превращения метанола в бензин могут производить ароматические соединения, такие как ксилол и толуол , а также нафтены и изопарафины, такие как бензин и реактивное топливо.
Основной продукт процесса Фишера-Тропша, синтетическая сырая нефть, требует дополнительной переработки для получения топливных продуктов, таких как дизельное топливо или бензин. Такая переработка обычно приводит к дополнительным затратам, из-за чего некоторые лидеры отрасли называют экономику процессов Фишера-Тропша в коммерческом масштабе сложной задачей. [9]
Метанол в бензин
[ редактировать ]Технология STG+ предлагает несколько отличий, которые отличают ее от других процессов переработки метанола в бензин. Эти различия включают гибкость продукта, уменьшение количества дюрола, воздействие на окружающую среду и капитальные затраты.
Традиционные технологии преобразования метанола в бензин производят дизельное топливо, бензин или сжиженный нефтяной газ . [10] STG+ производит бензин, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей и ароматические углеводороды, в зависимости от используемых катализаторов. Технология STG+ также включает восстановление дурола в свой основной процесс, а это означает, что весь процесс производства топлива требует всего двух этапов: производство синтез-газа и синтез газа в жидкости. [1] Другие процессы получения бензина из метанола не включают восстановление дурола в основной процесс и требуют проведения дополнительной стадии переработки. [10]
Из-за дополнительного количества реакторов традиционные процессы получения бензина из метанола имеют такие недостатки, как дополнительные затраты и потери энергии на конденсацию и испарение метанола перед подачей его в установку восстановления дурола. [11] Эта неэффективность может привести к большим капитальным затратам и воздействию на окружающую среду по сравнению с процессами преобразования метанола в бензин, в которых используется меньше реакторов, такими как STG+. Процесс STG+ исключает многократную конденсацию и испарение, а также преобразует синтез-газ в жидкое транспортное топливо напрямую, без образования промежуточных жидкостей. [7] Это устраняет необходимость хранения двух продуктов, включая хранение под давлением сжиженного нефтяного газа и хранение жидкого метанола.
Упрощение процесса получения газа из жидкости за счет объединения нескольких стадий в меньшем количестве реакторов приводит к повышению производительности и эффективности, что позволяет использовать менее дорогие предприятия, которые легче масштабировать. [12]
Коммерциализация
[ редактировать ]Технология STG+ в настоящее время работает в предкоммерческих масштабах в Хиллсборо, штат Нью-Джерси, на заводе, принадлежащем компании Primus Green Energy, занимающейся альтернативным топливом. Завод производит около 100 000 галлонов высококачественного бензина в год непосредственно из природного газа. [13] Кроме того, компания объявила о результатах отчета независимого инженера, подготовленного E3 Consulting, в котором установлено, что производительность системы STG+ и катализатора во время эксплуатации установки превзошла ожидания. Предкоммерческая демонстрационная установка также достигла 720 часов непрерывной работы. [14]
Primus Green Energy объявила о планах начать строительство своего первого коммерческого завода STG+ во второй половине 2014 года, и компания объявила, что этот завод, как ожидается, будет производить около 27,8 миллионов галлонов топлива в год. [15]
В начале 2014 года Ведомство США по патентам и товарным знакам (USPTO) разрешило Primus Green Energy получить патент, распространяющийся на ее одноконтурную технологию STG+. [15]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Введение в технологию STG+ Primus Green Energy , февраль 2013 г. Дата обращения: 5 марта 2013 г.
- ^ http://www.dgmk.de/petrochemistry/abstracts_content16/Dathe.pdf Х. Дате, К.-Ф. Фингер, А. Хаас, П. Кольб, А. Сундерманн и Г. Вассершаф. «Программа оптимизации высокопроизводительных катализаторов для технологий GTL MTG, HAS и FTS», конференция DBMK/SCI/ÖGEW, октябрь 2008 г.
- ^ http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-022813-170709/unrestricted/Primus_Green_Energy_IQP.pdf Д. Токко, С. Миралья и Дж. Гизеке. «Primus Green Energy», Вустерский политехнический институт, март 2013 г.
- ^ «СТГ+ Технология» . www.primusge.com . Архивировано из оригинала 21 февраля 2013 года.
- ^ Д. Петерсон и С. Хаазе (июль 2009 г.). Оценка рынка технологий газификации и сжигания биомассы для малых и средних предприятий (PDF) (Отчет). Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. п. 9 . Проверено 30 апреля 2013 г.
- ^ Ричард К. Балибан, Жозефина А. Элиа, Верн Уикман и Христодулос А. Флудас «Процесс синтеза гибридного угля, биомассы и природного газа в жидкости посредством синтеза Фишера-Тропша, каталитическая конверсия ZSM-5, синтез метанола, метанол- Технологии преобразования бензина и метанола в олефины/дистилляты» в журнале Computers & Chemical Engineering, 2012, Elsevier. doi : 10.1016/j.compchemeng.2012.06.032
- ^ Перейти обратно: а б Сравнение STG+ с другими технологиями GTL Primus Green Energy , апрель 2013 г. Дата обращения: 29 апреля 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б Эдуардо Фалабелла Соуза-Агиар, Фабио Белло Норонья и Арнальдо Фаро-младший «Основные каталитические проблемы в процессах GTL (преобразование газа в жидкость)» в журнале Catalisa Science & Technology, 2011, RSC. два : 10.1039/C1CY00116G
- ^ Бродер, Джон М. и Клиффорд Краусс. Большая и рискованная ставка на энергию The New York Times , 17 декабря 2012 г. Дата обращения: 15 апреля 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б Преобразование метанола в бензин (MTG) Производство чистого бензина из угля ExxonMobil , декабрь 2009 г. Дата обращения: 30 апреля 2013 г.
- ^ Жидкое транспортное топливо из угля и биомассы: технологический статус, затраты и воздействие на окружающую среду (Отчет). Пресса национальных академий. 2009 . Проверено 25 апреля 2013 г.
- ^ Ричард К. Балибан, Жозефина А. Элиа и Христодулос А. Флудас «Новые процессы преобразования природного газа в жидкости: синтез процессов и стратегии глобальной оптимизации» в журнале Американского института инженеров-химиков, 2013, AIChE. два : 10.1002/aic.13996
- ^ «Примус Грин Энерджи» .
- ^ «Технологии» . www.e3co.com . Архивировано из оригинала 9 апреля 2014 года.
- ^ Перейти обратно: а б «Примус Грин Энерджи» .