PROCESO FISHER TROPSCH

Integrantes:Quillas Cuevas, JennySalazar Manco, María Magaly

PROCESO FISCHER TROPSCH• Proceso para la conversión de gas de sintesis a un producto que

comprende hidrocarburos líquidos.• El gas de síntesis contiene una mezcla de monóxido de carbono e

hidrogeno y se puede obtener a partir de la combustión de carbón o gas natural.

REACCION FT n CO + n(2+x) H2 (CH(2+2x))n + n H2O

• Produccion de parafinas:

• Produccion de olefinas:

• Desplazamiento agua gas:• CO + H2O ↔ CO2 + H2

PROCESO FISCHER TROPSCH

• Reacciones secundarias

• Produccion de metanol:

• Producción de alcohol:

• Deposición de carbono sólido:

Productos

REACTORES F.T• La reacción FT es altamente exotérmica

por lo cual el principal desafío para el diseño de los reactores es remover el calor liberado, ya que si no se realiza eficientemente se genera sobrecalentamiento, ocasionando altos depósitos de carbón sobre el catalizador y una formación abundante de metano. 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:

• LECHO FIJO: (Llamado Arge por Sasol) se opera a 220-260 °C y 20-30 bar.

• REACTOR FASE SLURRY: 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. Normalmente estos reactores trabajan a baja temperatura para producir un máximo de productos de alto peso molecular.

• REACTOR FLUIDIZADO CIRCULANTE: (llamado Synthol por Sasol), operado a 350 °C y 25 bar. Produce sobre todo gasolina olefínica.

• LECHO FLUIDIZADO:(Sasol Advanced Synthol), similar en operación al Synthol pero de menor tamaño para misma capacidad de producción.

REACTOR DE LECHO FIJO• Estos reactores generalmente contienen 2000

tubos, cada uno de los cuales tiene un diametro de 5cm y una longitud de 12m rellenos con catalizadores inmersos en agua.

• La temperatura del baño de agua es mantenida en el reactor por el control de la presión, alta velocidades de entrada del syngas (30000m3/h) y con reciclo del gas obtenido de la reacción.

• El syngas es introducido por la parte superior del reactor y los productos se obtienen por la parte inferior.

• La eficiencia de la conversión se encuentra en un 70%. Los reactores operan a 2-3 MPa, y 493-533 K.

EMPRESAS

EMPRESAS

Reactor de Lecho FijoSYNTROLEUM –PLANTA PILOTO, TULSA RAT + 4 REACTORES DE LF

BP - Davy Planta Demonstracion– Nikiski, Alaska

Cortesia de Emerging Fuels Technology

Reactores de lecho fijo de laboratorio

PROCESO FISCHER- TROPSCH

Agua

HCligeros

HidrogenacionReactorFischer-Tropsch

Columnadestilacion

Hidrocraqueo

Purific.G,C

Cera

Cera

HC ligeros

Naftha

Diesel

H2

H2

Cera

Purificacionsecundaria de

cera

Separador

Reciclado a extincion

PROCESO FISCHER TROPSCH

1. Purificacion

2. Preparacion del gas de sintesis

3. Proceso Fischer-Tropsch

4. Hidrotratamiento de los productos

Introducción

PURIFICACION DEL GAS NATURAL

• El contenido de azufre en el gas de sintesis debe ser menor a 20 ppb para catalizadores de Fischer-Tropsch a base de cobalto.

• Debido a estas consideraciones, las especificaciones tipicas para el gas natural al entrar a una planta de GTL son de maximo 20 ppm para el gas natural.

REFORMACION AL VAPOR , RMV

REFORMACION AUTOTERMICA – RAT (ATR)

• Similar a la RMV, pero con adicion de una fuente de O2.

OXIDACION PARCIAL OXP (POX)

• Reaccion homogenea a altas temperaturas para minimizar la formacion de productos carbonaceos.

• La reaccion se lleva a cabo entre 1300 a 1400 oC y los gases son enfriados rapidamente a la salida.

• La alta temperatura es para maximizar la conversion y

al mismo tiempo minimizar la formacion de productos carbonaceos.

• La alimentacion preferida es gas natural.

Reaccion : CH4 + ½ O2 2 H2 + CO

Ventajas :

- La alta produccion volumetrica reduce el costo del reactor.

- Bajo rendimiento de CO2 resulta en mejores rendimientos por volumen de alimentacion de GN

Planta piloto de OXPC (Ponca City, OK)

FISCHER TROPSCH

• FT de baja temperatura (< 250 oC)• Principalmente parafinas lineales• Distribucion de los productos funcion de catalizador, reactor y condiciones de operacion. Tipicamente produce productos

pesados (~ 40 – 55 % cera)- Pequenas cantidades de olefinas, alcoholes, acidos – depende del catallizador- Usado para producir combustible diesel y lubricantes.

FT de alta temperatura (> 250 oC)

•Principalmente hidrocarburos olefinicos y aromaticos-Muy pocos productos pesados (cera), alto rendimiento de C1-C3

-Usado para producir gasolina y productos petroquimicos primarios

Catalizadores para Fischer Tropsch

• Todos los metales de transicion son activos para FT - la mayoria son selectivos para productos oxigenados ligeros como metanol y alcoholes “altos” - solamente Ni, Ru, Fe y Co son “verdaderos” catalizadores de FT.

• El costo de estos 4 metales difiere bastante Ru >> Co > Ni >> Fe

• Nickel produce hidrocarburos muy ligeros - mejor catalizador de metanacion conocido - los productos de FT son muy lligeros (mucho metano)

• Rutenio es muy caro y escaso para ser practico - es el “mejor” catalizador de FT - produce poco metano y bastantes productos pesados

• Muy sensitivos a la presion parcial del H2O durante reduccion

• Muy sensitivos a contaminantes en la alimentacion• -especificaciones tipicamente << 1 ppm, especialmente para

compuestos con S (< ~ 15 ppb SBR y < ~40 ppb para LF)

CATALIZADORES DE FE• los catalizadores de fierro no son soportados en un oxido metalico,• aunque en principio se podria (> $)• -tipicamente contienen > 50 % (peso) de Fe- Los catalizadores cuestan de 20 a 25 $/kg

• Los promotores usados no son metales nobles.• -los mas comunes son K, Cu, Mg, Al etc

• Los catalizadores precipitados requieren promotor estructural tipicamente silica

AZUFRE COMO VENENO PARA FT

• Es el mas comun veneno irerversible para Fischer-Tropsch

• Los niveles maximos de azufre en la alimentacion es funcion del• reactor y del catalziador

• Debido a que la vida util esperada de catallizadores de Fe es cerca• a un orden de magnitud mas baja que para Co, su alimentacion no• tiene que estar tan limpia.

• En el reactor de lecho fijo, el azufre queda atrapado en la parte superior del reactor.

• En el reactor de SBR y debido al continuo movimiento del slurry, Todas las particulas son contaminadas al mismo tiempo.

DIFERENCIAS EN EL DESARROLLO DE TECNOLOGIAS PARAREACTORES SLURRY (SBR) Y DE LECHO FIJO (LF) :

• El desarrollo de catalizadores para LF presta mucha atencion a las propiedades fisicas del catalizador, como fuerza mecanica, tamaño de la particula, tecnicas de impregnacion, etc.

• - Ademas de esto, el desarrollo de catalizadores de SBR tiene que considerar las propiedades fisicas/quimicas, como la resistencia del soporte a cambios de fase, alta actividad, etc.

• -Desarrollar catalizadores para SBR es mas complicado. Se debe incrementar la resistencia mecanico-quimica del soporte mientras que al mismo tiempo se debe mantener la selectividad y estabilidad relativamente constantes.

- Desarrollar un reactor de LF para FT es mucho mas facil que el de SBR

- Tambien es mucho mas rapido (no se necesita plantas de demostracion).

• -No se necesita desarrollar tecnologia para separar liquidos/solidos• (cera liquida/catalizador), uno de los principales retos tecnicos para SBR.

• -La seleccion del diametro de los tubos para los reactores de LF tradicionales (como los de Shell en Pearl) es directa y el tamaño comercial se simula facilmente el planta piloto. La ultima planta piloto del reactor tradicional de LF es la para el proyecto de Flambeau River de 1000 bpd usando desechos de la industria maderera en Park Fall, Wisconsin usando tecnologia . Su arranque fue en Octubre de 2009.

conclusiones• Todo parece indicar que para compañias

emergentes que quieren construir plantas con capacidad menos a, eg 3000 a 5000 bpd, los reactores FT de lecho fijo son una buena eleccion para incursionar en el campo.

• Su riesgo tecnologico es mucho menor que el de la tecnologia para SBR y el desarrollo trecnologico/diseno es mucho mas facil.