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PROCESO SASOL'S FISCHER TROPSCH
Tipo: Diapositivas
1 / 24
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DOCENTE:
ASIGNATURA:
Universidad Nacional San Luis Gonzaga de Ica
Facultad de Ingeniería Química y Petroquímica
INTRODUCCIÓN
El incremento de los precios y la demanda de los combustibles, han conllevado
a la revisión de un importante número de tecnologías relacionadas con la
conversión de carbón, gas natural y biomasa a combustibles de alto valor
comercial. La síntesis de Fischer-Tropsch corresponde a una de las tecnologías
más viables, que pueden ser empleadas para la producción de combustibles
líquidos limpios, a partir del gas de síntesis; obtenido este, de fuentes de
energía renovables y no renovables, que sirvan para satisfacer la creciente
demanda de combustibles a través de su uso racional.
Dependiendo del catalizador, reactor y las condiciones de reacción, la síntesis
de Fischer-Tropsch puede ser empleada para producir una enorme gama de
hidrocarburos, tales como hidrocarburos livianos, gasolina, diesel y parafinas;
adicionalmente, la aplicación de esta tecnología ha evolucionado en el tiempo
debido al entorno económico, las legislaciones de cada uno de los gobiernos y
los requerimientos del mercado motivado por razones estratégicas. Debido a lo
anterior, en la primera mitad del siglo XX, la síntesis de Fischer-Tropsch
estaba dirigida al uso eficiente del carbón; sin embargo, luego de la Segunda
Guerra Mundial, el interés en la tecnología de Fischer-Tropsch ha estado
relacionado a la diversidad e independencia energética ya que la economía
mundial está orientada al consumo de crudo. En la década de los ochenta, el
resurgimiento de la tecnología de Fischer-Tropsch, estuvo motivada a los
problemas de utilización de las fuentes de gas no convencional, la
diversificación de las fuentes de combustibles fósiles y el aspecto medio
ambiental, así como el posible empleo de la biomasa.
Los combustibles sintéticos producidos por esta tecnología presentan un bajo
contenido de azufre y aromáticos, si se compara con la gasolina y diesel,
obtenidos del petróleo. En la actualidad, Sudáfrica es el líder mundial en
producción de estos, siendo Sasol la compañía productora con 1 006 372 m
3 por
día, de hidrocarburos líquidos a partir del gas derivado del carbón, en un
complejo integrado por tres plantas situadas cerca de Johannesburgo,
Sudáfrica.
TECNOLOGÍA GAS-
TO-LIQUIDS (GTL)
FISCHER - TROPSCH
MARCO TEÓRICO
TECNOLOGÍA GAS-
TO-LIQUIDS (GTL)
FISCHER - TROPSCH
MARCO TEÓRICO
D e m anera g eneral, el pr oceso Fi scher - Tr op sch p er mite
conver ti r una m ezcla de monóxid o de car b ono ( C O) e hi dr óg eno
( H 2
) en un hid r oca rb ur o utilizando un ca tali za do r m etálico. Sin
emb ar go, la síntesi s tiene d os cara cterí stica s f unda mental es
q ue son la inevitable pr od ucción d e un am plio inter valo de
p r od uctos hid r oca rb onad os ( olef i na s, p a raf ina s y p r od uctos
oxi gena dos), o d e otr os d e pr od uctos va rios como l os
al coholes, los al dehídos, los á cid os y ag u a, y la libera ción de
una gran cantid ad d e calor debido a q ue la s r eacciones d e
sí ntesis son a l ta m ente exotér m icas.
L a conver sión Fi scher - Tr opsch e s un p roceso m uy ef i ciente po r
su r endimiento, pero que necesita i nver siones muy imp or ta ntes
lo q ue lo hace v ulnerabl e a l a s f l uctua ci ones del p reci o del
b a rril d e petról eo. A demá s, l a eta pa de p r od ucción del ga s d e
síntesi s y sus p urif i ca ci ones p r esenta un r endimiento m uy b ajo,
l o q ue p ena l iza e l r e n d imie nto g l ob a l d el p r oceso.
FISCHER – TROPSCH
REACTORES
A través de los años ha habido un gran desarrollo después del primer reactor construido comercialmente,
estos avances se han desarrollado en las diferentes condiciones de reacción (alta y baja temperatura),
considerándose diferentes diseños para cada caso. Actualmente existen cuatro tipos de reactores, dos de
ellos consideran los requerimientos de las operaciones moderadas, y los otros se utilizan en operaciones
convencionales, debido a que se construyeron hace muchos años.
se debe hacer que los reactores más viables para procesos comerciales en la producción de hidrocarburos
pesados y relativamente pesados son específicamente dos: Reactor de Lecho fijo Multitubular y Reactor
de Lodos con Columna Burbujeante
FISCHER – TROPSCH
REACTORES
REACTOR DE LODOS CON
COLUMNA BURBUJEANTE
El reactor Slurry opera en tres fases y consiste en un lecho de catalizadores suspendidos y dispersos en
líquido (Productos FT). El gas de síntesis es burbujeado desde la parte inferior del reactor, logrando un
excelente contacto con los catalizadores. Los reactores Slurry son optimizados a baja temperatura para
una producción alta de ceras y baja de metano. Debido a que el reactor trabaja en tres fases, en la
corriente de salida de productos se obtiene una pequeña cantidad de catalizadores, los cuales son
recuperados y cargados nuevamente al reactor. Es de aclarar que el desarrollo del reactor Slurry fue
realizado en SASOL y la patente licenciada posteriormente a ExxonMobil.
VENTAJAS
INCONVENIENTE
se forman
FISCHER – TROPSCH
REACTORES
LECHO FLUIDIZADO
CIRCULANTE
Estos reactores operan a 623 °K y 2 , 5 MPa. La corriente combinada de syngas y gas de reciclo entran al
reactor por la parte inferior y se ponen en contacto con los catalizadores que bajan de la tubería vertical
por medio de una válvula. La alta velocidad del gas arrastra los catalizadores (ocasionando que se lleve a
cabo la reacción) hasta la zona donde el calor es removido; luego son transportados hasta una tolva de
gran diámetro donde los catalizadores se asientan y los productos gaseosos salen del reactor por medio
de un ciclón, para que luego su temperatura se disminuya y se obtengan los productos líquidos. Los
reactores SYNTHOL son físicamente muy complejos e involucran circulación de una gran cantidad de
catalizadores. Además, poseen capacidad limitadas de 1 , 200 m 3 por día
Solo los cuatro metales del
grupo VIII : Fe, Co, Ni y Ru
tienen suficiente actividad de
hidrogenación de monóxido de
carbono para garantizar su uso
en la síntesis FT.
Comercial mente se ha
trabajado en dos distintas
for mas el proceso Fischer
Tropsch, a bajas y altas
te mperaturas, utiliza ndo
catalizadores de Fe y Co para
bajas te mper aturas, y solo el
Fe para altas te mperaturas
CATALIZADORES MÁS
UTILIZADOS EN LOS
PROCESOS FISCHER -
TROPSCH
CATALIZADOR VENTAJAS DESVENTAJAS
Hierro (Fe)
Mínima producción de hidrocarburos ligeros.
Amplio rango de fracciones de H 2
/CO en el gas de
síntesis. A altas temperaturas ( 613 °K) es ideal para
la producción de olefinas claras con una baja
selectividad hacia el metano. Mayor actividad.
Limitado para la producción de ceras pesadas.
Tiende a formar carbón, causando la
desactivación del catalizador. Se produce una
gran cantidad de agua, lo que produce una
inhibición en la actividad del catalizador,
disminuyendo el crecimiento de la cadena.
Cobalto (Co)
Mayor tiempo de vida del catalizador. Baja
tendencia a formar carburos a 473 - 573 °K y 2 , 5 - 4
MPa. Gran selectividad
a la formación de ceras. Menor costo operativo en
el proceso. Se adicionan promotores (Ru, Re o Pt)
para prevenir la desactivación del catalizador.
Menor tolerancia al azufre y al amoniaco que el
catalizador de hierro. Muy reducido el rango de
fracciones de H 2
/CO. Alto precio ( 230 veces
más que el de hierro), por lo cual es soportado
sobre óxidos de metal. Pero estos a su vez
maximizan la selectividad y la actividad del
catalizador.
Níquel (Ni)
Pose una mayor actividad que el cobalto puro.
Menos tendencia a la producción de carbón.
Forma fácilmente metal-carbonilos volátiles.
En condiciones industriales, se produce
principalmente metano.
Rutenio (Ru)
Catalizadores FT más activos. Se obtienen ceras de
alto peso molecular a temperaturas de reacción tan
bajas como 423 °K. Activado en su forma metálica
sin promotores para estabilizar su actividad.
Su alto precio ( 3 x 10
5 veces más caro que el de
hierro) lo excluye en aplicación de escala
industrial. Es limitado para estudios
académicos debido a la dificultad de controlar
la reacción.
REACCIÓN GENERAL Y
CONDICIONES DE OPERACIÓN
La síntesis de Fisher Tropsch se clasifica generalmente en dos categorías: FT a baja
temperatura ( 400 °𝐾 – 500 °𝐾) y FT a alta temperatura ( 620 °𝐾 – 720 °𝐾). La principal
ecuación de FT puede presentarse como sigue:
2
2
2
|𝑟
0
= − 152
𝐾𝐽
𝑀𝑜𝑙
La reacción produce principalmente hidrocarburos alifáticos de cadena lineal (𝐶𝑥𝐻𝑦).
Además de estos hidrocarburos de cadena lineal, los hidrocarburos ramificados, los
hidrocarburos insaturados (olefinas) y los alcoholes primarios también se forman en
pequeñas cantidades.
El tipo de líquido obtenido se determina por los parámetros del proceso (temperatura,
presión, etc.), el tipo de reactor y el catalizador utilizado.
Las condiciones de operación típicas para la síntesis de Fischer Tropsch son intervalo de
temperatura de 200 °C – 350 °C; las temperaturas más altas conducen a reacciones más
rápidas y tasas de conversión más altas, pero también tienden a favorecer la producción
de metano, y presiones de 15 𝑏𝑎𝑟 – 40 𝑏𝑎𝑟, dependiendo del proceso, el aumento de la
presión conduce a tasas de conversión más altas y también favorece la formación de
alcanos de cadena larga, los cuales son deseables. Las presiones típicas oscilan entre una
y varias decenas de atmósferas.
ETAPAS DEL PROCESO
DE FISCHER – TROPSCH El proceso Fischer-Tropsch consta de tres etapas principales y
una serie de sistemas adicionales.
En la primera etapa el gas natural previamente purificado,
reacciona con oxígeno y/o vapor, dependiendo de la reacción
utilizada, para obtener una mezcla de hidrógeno y monóxido
de carbono.
En la segunda etapa, la mezcla de gas obtenida anteriormente
es catalíticamente transformada en cadenas lineales largas de
hidrocarburos por medio de la síntesis de Fischer-Tropsch
(FT), el resultado de esta reacción es una mezcla de moléculas
que contiene de 1 a 50 o más átomos de carbono, que
posteriormente son convertidas en productos comerciales, por
medio de técnicas convencionales de refinación “upgrading”.
ESTADO ACTUAL DE LA
TECNOLOGÍA
En l a actualidad, Sudáfrica es el líder mundial en
producción de combustibles sintéticos, sien do Sasol la
compañía productora con 1 006 372 m
3
por día, de
hidrocarburos líquidos a partir del gas derivado del
carbón, en un complejo i ntegrado por tres plantas situadas
cerca de Johannesburgo, Sudáfrica. Otra planta que se
encuentra en funcionamiento en el mismo país, la cual
utiliza gas natural convencional enviado por gasoducto
desde Mozambique, y que es operada por PetroS A y Statoil,
es el denominado complejo Mossgas, el cual produce un
total de 169 825 m
3
por día, de productos GTL. Estas
plantas en Sudáfrica suplen demandas internas de
combustibles y para el caso de Sasol que utiliza reactores
synthol ava nzado en su planta en Secunda, los productos
obtenidos son principalmente especializados debido a que
se produce principalmente oleof inas y naf tas, los cuales
son expor tados a m ás de 80 países del mundo,
especialmente en Europa.
DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO FISCHER TROPSCH