Proceso de Fischer-TropschMateria: Petroquímica Nombre: Ever Marco Fernandez Calle Hector Miguel Portillo Viscarra 9070146 Grover José Quispe Aruquipa 9120707 Curso: 6º Semestre Fecha: 11 de Abril de 2014 LA PAZ – BOLIVIA Proceso de Fischer-Tropsch 1. Introducción 4789067 La tecnología de Fischer14 Tropsch (FT) es el núcleo de muchos procesos de conversión de gas natural o carbón para la obtención de hidrocarburos. Por último.Ingenieria Petrolera En la rama petroquimica se necesita tener conocimiento de lo que es el proceso de obtención de gas de síntesis FTS. 3. MARCO TEORICO Mediante sofisticadas técnicas de análisis superficial se ha llegado a la conclusión de que el mecanismo de reacción de la síntesis de FT podría ser el siguiente una vez obtenido el gas de síntesis. Planteamiento del problema Desconocimiento de lo que ocurre en los proceso de obtención de gas de síntesis FTS. Fischer-Tropsch. En primer lugar. Iniciación de las cadenas de carbonos a partir de la quimisorción de CO en la superficie del catalizador. Fischer-Tropsch. 1. Propósito Observar y analizar el proceso de obtención de gas de síntesis FTS. 4. la materia prima se oxida parcialmente hasta producir una mezcla de CO y H2. PETROQUIMICA . En una segunda etapa. 2. estos hidrocarburos se someten a una nueva hidrogenación o hidrocraqueo para producir unos destilados intermedios limpios. el gas de síntesis se transforma en una mezcla de agua y largas cadenas lineales de parafinas. Formación de los bloques primarios de CH2. Ó 3.Ingenieria Petrolera 14 2. Crecimiento Ó PETROQUIMICA de las cadenas de carbonos. . Terminación de las cadenas de carbonos. Los experimentos se muestran en una estructura dinámica del modelo de catálisis en las condiciones de una hidrogenación del CO.Ingenieria Petrolera 4. se llevan a cabo dos experimentos que combinan las reacciones de la célula de reacción a elevada presión de un equipo de UHV (ultra-high vacuum) con otras técnicas como la XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). Estudios realizados a cerca de la síntesis de Fischer-Tropsch Para describir el comportamiento de la superficie del cobalto en las condiciones de reacción de FT. Los pasos que se han de seguir en FT deben tener como objetivo el tratamiento del gas de síntesis de la forma más eficiente posible. La viabilidad económica de este proceso depende del precio del crudo que ha variado considerablemente en los últimos 30 años. Después de exponer a la reacción del gas de PETROQUIMICA . ya que las consideraciones de selectividad son muy importantes. 14 Ó Se debe tener en cuenta que la fabricación del gas de síntesis es la parte más cara de la planta de obtención de hidrocarburos. Para garantizar el control de la temperatura se emplean cambiadores de calor alimentados con agua. por la cinética. En resumen. el keroseno y el gasóleo.Ingenieria Petrolera síntesis a una temperatura de 523K y 4 bar. a partir de los cuales se puede obtener vapor de gran calidad. además de favorecerse la deposición de carbón que puede causar la desintegración de los catalizadores. La naturaleza y proporción de los productos depende del tipo de reactor y de catalizador. Es decir. En general los procesos que operan a alta temperatura producen una mayoría de gasolinas olefínicas mientras que los de baja temperatura dan sobre todo gasóleos parafínicos. puesto que todas ellas se encuentran lejos de alcanzar el equilibrio. por ejemplo la densidad y la superficie de la 14 partícula aunque el tamaño apenas varía. Productos El producto obtenido a la salida de un reactor de Fischer-Tropsch consiste en una mezcla de hidrocarburos con una distribución muy amplia de pesos moleculares. la estructura cambia considerablemente. Otra razón es que a elevadas temperaturas. Reactores empleados en el proceso de Fischer-Tropsch La síntesis de FT. que existen una serie de hidrocarburos situados en esos defectos y por tanto no hay una atmosfera pura de CO. se observa que los defectos son centros activos de la síntesis de hidrocarburos en las reacciones de FT y esto es de gran importancia para el desarrollo y las futuras mejoras de este proceso. PETROQUIMICA . Esta es una de las razones por las cuales el control de la temperatura es muy importante. producto indeseado en el proceso de FT. que van desde los gases hasta las ceras pasando por la gasolina. aumenta la formación de CH4. está controlada en la mayoría de las reacciones que la integran. Estos defectos pueden ser provocados por el recocido del Co a altas presiones y parece que estas partículas son incapaces de adsorber CO en una medida cuantificable. similar en operación al Synthol pero de menor tamaño para misma capacidad de producción. se disminuye la distancia entre las partículas de catalizador y la superficie de intercambio de calor y se mejora la eficacia del proceso. Normalmente estos reactores trabajan a baja temperatura para producir un máximo de productos de alto peso molecular. una de las posibilidades es colocar el catalizador en el 14 interior de tubos estrechos que se encuentren rodeados por el agua del cambiador de calor y hacer pasar por el interior de los tubos un flujo elevado de gas de síntesis. Existen dos modos de operación para los procesos FT. es que. Para conseguir una gran eficiencia. Reactor "slurry". Reactor de lecho circulante (llamado Synthol por Sasol). Reactor de lecho fluidizado (Sasol Advanced Synthol). es necesaria la posterior separación de dichas ceras de las partículas de catalizador suspendidas.Ingenieria Petrolera lo que hace que el proceso sea altamente eficaz. Produce sobre todo gasolina olefínica. con catalizador con base de hierro para producir gasolina y olefinas lineales de bajo peso molecular. procesos a elevadas temperaturas (300-350 ºC).Una desventaja obvia de los reactores tipo slurry. en la producción de ceras. Sasol denomina Arge a su reactor de este tipo y lo opera a 220-260 °C y 20-30 bar. y a PETROQUIMICA . A lo largo de la historia se han utilizado cuatro tipos principales de reactores industriales para desarrollar las reacciones FT: Reactor tubular en lecho fijo. operado a 350 °C y 25 bar. en el que el catalizador se encuentra en suspensión en un líquido (a menudo ceras producidas por la propia reacción) en el cual se burbujea el gas de síntesis. de esta manera. Al 14 aumentar la temperatura de operación. la WGS es rápida y llega al equilibrio haciendo que el CO2 se convierta. también. empleando catalizadores con base de cobalto para producir ceras lineales de elevado peso molecular. Cuando se emplean catalizadores de cobalto. se muestra. A continuación se muestra el estudio del rendimiento del proceso de FT. es optimizar al máximo la producción de hidrocarburos. la reacción dominante es la propia reacción de obtención de hidrocarburos: �O+�2→ℎ�drocarbons +�2 O (7) Pero en el caso de catalizadores con base de hierro. PETROQUIMICA . en un producto del FT. como en cualquier otro.Ingenieria Petrolera bajas temperaturas (200-240ºC). por lo que se prefiere el metano y no el carbón como materia prima. En la figura 1. A altas temperaturas. �O+�2O→��2+�2 (8) Para bajas temperaturas del proceso de FT (LTFT).7. Proceso de Fischer-Tropsch La compleja producción de gas de síntesis purificado (mezcla de H2 y CO) provoca un gasto del orden del 60 o 70% del total de los costes de la planta. la relación típica de H2/CO es de 1. El grado de ramificación y la cantidad de productos secundarios (cetonas y aromáticos) también aumenta. la reacción de WGS (water-gas shift) también ocurre de forma paralela. se produce un cambio en la selectividad de la catálisis provocando una disminución del número de carbonos producidos y una mayor cantidad de productos de hidrogenación. Este es un motivo más por el cual es importante el control de la temperatura del proceso. Análisis del rendimiento del proceso de Fischer-Tropsch El objetivo final del proceso de FT. Ingenieria Petrolera que para un catalizador con una composición atómica de 100Fe-4.7)( ) en función del inverso de la velocidad (270ºC y 1.1 L h-1(gFe)1.4Si0. mayor es la fracción de hidrocarburos obtenidos por unidad de CO transformado. Una parte del CO se emplea en la formación paralela de CO2 (reacción WGS) y no en la obtención de hidrocarburos. y que para aumentar esta conversión hasta el 90%.31MPa). PETROQUIMICA . H2( ) y gas de sínesis (H2/CO=0. como muestra la gráfica 2. sin embargo.71K. cuanto menor sea la conversión de CO. Gráfica 1. Conversión de CO ( ). Esto significa que la velocidad de transformación de gas de síntesis en hidrocarburos disminuye al aumentar la conversión de CO. debe disminuirse el flujo hasta 3. se obtiene una conversión de aproximadamente el 67 del CO con 14 un flujo de gas de síntesis de 10 L h-1(gFe)-1. también disminuye a medida que avanza la reacción (gráfica 5).71K).1 y 0. en resumen.Ingenieria Petrolera 14 Gráfica 2. Para el catalizador con base de hierro estudiado (100Fe-4.31 MPa. con un máximo en el mismo punto. pero el máximo se alcanza para un valor intermedio de tiempo 9 de reacción. en base a la productividad del reactor de hidrocarburos. La producción de CO2. la velocidad espacial de gas de síntesis será PETROQUIMICA . 1. alcanzando un máximo a tiempos de reacción bajos. la producción de hidrocarburos disminuye al aumentar el tiempo de reacción. Del mismo modo. la cantidad transformada de CO por unidad de volumen de reactor aparece representado en la gráfica 3 para diferentes tiempos de reacción. Puede verse como la velocidad decrece con el tiempo de reacción. H2/CO=0. Esto se recoge en la gráfica 4.7) Las consideraciones anteriores implican que es beneficioso para el proceso de FT trabajar con conversiones de CO bajas (entre 0.4). De modo que.4Si-0. Fracción de CO transformado en hidrocarburos a diferentes conversiones de CO (270ºC. Figura 2. Reactores en serie Proceso de Fischer-Tropsch en la industria PETROQUIMICA .Ingenieria Petrolera elevada para conseguir (1) el completo aprovechamiento de la actividad del catalizador y (2) la máxima producción de hidrocarburos sin causar 14 una producción excesiva de CO2. Reactor con recirculación de gas de síntesis Figura 1. Para alcanzar la máxima productividad del proceso de FT empleando la conversión de CO más baja posible y el flujo permitido de gas de síntesis más alto. existen dos opciones: recircular el gas de síntesis sin transformar que abandona el reactor (figura 1) o utilizar varios reactores en serie (figura 2). se produce una importante cantidad de metano. proviene de la oxidación parcial. del metano a alta presión y a 1400ºC. al eliminar el exceso de CO2. PETROQUIMICA . La planta de Mossgas utiliza metano. en las tres plantas de Sasol. la fuente primaria del gas de síntesis es la gasificación del carbón llevada a cabo en gasificadores 14 Lurgi dry-ash. la fuente primaria del gas de síntesis. donde la temperatura es de 1200ºC y la presión de 3 MPa.Ingenieria Petrolera Actualmente. no catalítica. y estos serán separados hasta conseguir productos comerciales. combustibles y naftas y fenoles así como amoniaco. el gas de síntesis contiene un 11% de metano. primero en un reactor multitubular seguido de un reactor autotérmico. Después de la purificación. que es catalíticamente reformado en dos etapas. En la zona de gasificación. donde el carbón se encuentra a una temperatura de unos 600ºC y por tanto se producen alquitranes aromáticos. de H2S y de otros compuestos sulfúricos orgánicos. En las plantas de Shell. el metano se reforma a baja presión en un reactor “air blown”. El proceso de FT se lleva a cabo a bajas presiones. desechos vegetales o residuos pesados de refinerías.Ingenieria Petrolera Por último. gracias a su bajo contenido en aromáticos. Sin embargo. El CO2 no es emitido en la reacción de FT en sí misma sino en la etapa previa de gasificación y en la posterior combustión del gas de síntesis no convertido. Sólo si se utiliza biomasa como PETROQUIMICA . Utilidad El gasoil obtenido mediante el proceso Fischer-Tropsch (abreviado FT) tiene las ventajas de apenas contener azufre (con lo cual respeta de forma natural las duras reglamentaciones en vigor en Europa) y tener un alto índice de cetano. pero sería negativa en cuanto al impacto sobre el cambio climático. en el proceso propuesto por Syntroleum. Las plantas FT son caras de construir y presentan toda una serie de problemas medioambientales. Por ello. tanto el gasoil como la gasolina y los otros productos FT pueden obtenerse de forma más sencilla y barata mediante el refino de petróleo. gas natural. Su uso se justifica sólo si el petróleo es particularmente caro o escaso y se dispone de una fuente alternativa de hidrocarburos barata o cercana. eliminando la 14 necesidad de una planta de producción de oxigeno integrada. La emisión total de CO2 para el combustible obtenido de carbón via FT es aproximadamente dos veces superior a la del mismo tipo de combustible obtenido mediante refino de petróleo. por ejemplo: carbón. La producción de gasolina y gasoil a partir de carbón vía el proceso FT sería positiva desde el punto de vista de la independencia energética para los países que disponen de carbón y no de petróleo. es un combustible con fácil salida al mercado. a día de hoy (2006) aún no existe ninguna planta de gasificación a escala industrial que incluya esta opción. Si bien el proceso de gasificación teóricamente permite la captura y secuestro del CO2. CONCLUSIONES Se pudo complementar a los conceptos ya adquiridos en clases. Fischer-Tropsch. El proceso FT no es la única vía para convertir carbón en combustibles líquidos. La alternativa principal es la licuefacción directa del carbón.Ingenieria Petrolera materia prima puede el proceso FT alcanzar un nivel de emisiones de gases de efecto invernadero comparables o incluso inferiores a las del 14 petróleo. 6. Se pudo conocer a fondo el proceso de obtención de gas de síntesis FTS. 5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS PETROQUIMICA . sólo es rentable económicamente si algún obstáculo impide la comercialización directa del gas. ya que cada uno de ellos tiene sus limitaciones dependiendo del producto requerido y de las condiciones de operación. En cuanto al FT a partir de gas natural. Ello ocurre por ejemplo en yacimientos pequeños situados lejos de los terminales de licuefacción. que sufre de más o menos las mismas desventajas que la vía FT. es que no es una tarea sencilla elegir el tipo de reactor para un determinado proceso de síntesis. La conclusión a la que se llega. pdf Fischer-Tropsch synthesis: process considerations based on performance of iron-based catalysts Ajoy Raje.uva. «Nuevas tecnologías y productos basados en el gas de 14 síntesis». Juan R.KY 40511.es/estudios/asig/eiq2/Maite/BIB/grupoA_pareja1 _bibliografia. Inga and Burtron H. Año de publicación 1997.Cuadernos de Energía (nº13). Daniel y otros (Junio 2006). Lexington.Ingenieria Petrolera Mateos Quiroga. University of Kentucky. http://iqtma. USA. 3572 Iron Works Pike. PETROQUIMICA . Davis Center for Applied Energy Research.