Je leest:

Diesel uit aardgas

Diesel uit aardgas

Auteur: | 1 oktober 2001

Als de olie opraakt moeten we op een andere manier aan onze transportbrandstoffen zien te komen. Shell ontwikkelde het SDMS proces om uit aardgas diesel en kerosine van hoge kwaliteit te maken.

In de jaren zestig en zeventig nam het besef toe dat de aardoliereserves eindig waren. Ook steeg de prijs van aardolie in die tijd sterk. Dit leidde wereldwijd tot onderzoek om aardolieproducten op een andere wijze te produceren. Zo werd geprobeerd om benzine (en andere brandstoffen als kerosine en diesel) uit steenkool te maken.

Echter, aan het begin van de jaren tachtig werd duidelijk dat de olie toch niet zo duur werd. Dus verschoof de aandacht naar aardgas. Productie uit aardgas is veel goedkoper dan uit steenkool en ook werd bij de speurtocht naar aardolie steeds meer gas ontdekt.

Medium

Synthetische benzine

Ook bij het Koninklijke/Shell-Laboratorium in Amsterdam (KSLA) werd aan het begin van de jaren tachtig het onderzoek omgebogen van steenkool naar aardgas als grondstof. De productie van middeldestillaten (kerosine en dieselolie, kokend in het gebied tussen 150 en 350 oC) stond hierbij centraal. Aardgas bevat relatief veel waterstofatomen en die middeldestillaten ook.

De productie van middeldestillaten uit synthesegas staat bekend als de Fischer- Tropsch-synthese. De synthese stamt uit de jaren twintig, werd tijdens de tweede wereldoorlog op grote schaal in Duitsland (dat gebrek had aan aardolie) uitgevoerd en vindt nog steeds plaats in Zuid Afrika. Wel gaan deze processen uit van steenkool waaruit eerst het zogeheten synthesegas bereid wordt en vervolgens synthetische benzine.

Figuur 2. Reactiviteit als functie van de temperatuur in hydrogenerende kraking van alkanen van verschillende ketenlengte. Hoe langer de ketens, des te meer kans dat ze gekraakt worden tot twee kleinere ketens. Een mengsel van lange en korte ketens wordt door kraken dus meer homogeen van samenstelling. Aangezien de reactiviteit toeneemt met de temperatuur, kan door de temperatuur goed te kiezen een mengsel met ketens van ongeveer de gewenste lengte worden gemaakt.

De Fischer-Tropsch-synthese maakt ketens van koolwaterstoffen ( alkanen) via een statistisch groeiproces. Daardoor is het niet goed mogelijk om selectief een koolstofketen van één bepaalde lengte te produceren. Zou men met deze route uit aardgas een betrekkelijk licht koolwaterstofmengsel als benzine willen maken, dan ontstaan er bovendien allerlei gasvormige koolwaterstoffen. Van gas naar gas: dat schiet niet erg op.

Er ontstaan veel minder gasvormige koolwaterstoffen als men de Fischer-Tropsch synthese zo lang door laat gaan tot er wasachtige koolwaterstoffen worden gevormd. Dit zware product kan vervolgens eenvoudig door kraking (fig. 2) worden omgezet tot koolwaterstoffen van de gewenste ketenlengte (tien tot twintig koolstofatomen). Het gecombineerde proces wordt de Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS) genoemd (fig. 3).

Figuur 3. Vereenvoudigd schema van het SMDS-proces. Het synthesegas (bereid uit aardgas door zgn partiële oxidatie met zuurstof) wordt in de Heavy Paraffin Synthesis (HPS)-reactor omgezet in een mengsel van alkanen. De gasvormige bestanddelen (stookgas & LPG) worden afgevoerd. De vloeibare en wasachtige bestanddelen worden doorgevoerd naar de Heavy Paraffin Conversion (HPC)-reactor, waar de ketenlengte wordt gereduceerd. In een laatste destillatie worden de nog ontstane gassen afgevoerd en de overgebleven wasachtige fracties teruggevoerd naar de krakingsreactor, waarna een bijzonder zuivere synthetische brandstof overblijft. Bron: S.T. Sie.

Nieuwe reactor

Om het proces economisch aantrekkelijk te maken, waren veel betere katalysatoren nodig dan bij de oude Fischer-Tropschsynthese. De productiviteit moest minstens tien maal zo groot worden. Een extra probleem was dat er bij de Fischer- Tropsch reactie veel warmte vrijkomt, waardoor de temperatuur theoretisch tot 1600 oC zou kunnen stijgen. In het klassieke Fischer-Tropsch-proces was dit opgelost door met gecompliceerde reactoren te werken. Daarvan was de productiecapaciteit echter gering.

De onderzoekers in Amsterdam slaagden er in om betere katalysatoren (voor de klassieke Fischer-Tropsch-stap en voor de kraakstap) te vinden en tevens een andere reactor te ontwerpen. De productiecapaciteit van de nieuwe reactor voor het SMDS-proces is meer dan honderd maal zo groot als die van de oude Fischer-Tropsch-reactor.

Aardgas grondstof

De synthetische brandstoffen die met het SMDS-proces worden verkregen zijn van een hoge kwaliteit. De kerosine en diesel zijn waterhelder, kleurloos en vrijwel reukloos. Ook zijn ze vrij van mogelijk verontreinigende elementen zoals aromaten, zwavel en stikstof. De verbrandingseigenschappen (roetpunt, cetaangetal) zijn niet alleen beter dan van normale brandstoffen, maar voldoen ook aan de toekomstige eisen voor schone brandstoffen. De SDMS-brandstoffen zijn zelfs zo goed dat ze tegenwoordig aan traditionele producten worden toegevoegd om de kwaliteit daarvan te verbeteren.

Figuur 4. De SMDS-fabriek in Bintulu, Maleisië. Op de voorgrond de synthesereactoren, meer op de achtergrond de product-opwerksectie. Bron: S.T. Sie.

Eind 1989 werd begonnen met de bouw van de eerste SMDS-fabriek in Bintulu, Maleisië (fig. 4). Deze fabriek (jaarlijkse capaciteit: 470.000 ton synthetische koolwaterstoffen) werd in 1993 in gebruik genomen. Spoedig daarna (nadat de gebruikelijke kinderziekten waren opgelost) liep de fabriek voluit, met dezelfde betrouwbaarheid als traditionele olieraffinaderijen. De grondstof is echter geen aardolie maar aardgas.

Zie ook:

Literatuur:

  • J.A. Moulijn, M.Makkee, A. van Diepen, Chemical Process Technology, Wiley (2001), pp. 193-203.
  • John G. Reynolds, Rashid M. Khan, Designing Transportation Fuels for a Cleaner Environment, Taylor and Francis, Philadelphia (1999).
  • Brent Bailey, Robert Larson, Brian West, Alternative Fuel: Composition, Performance, Engines and Systems, Society of Automotive Engineers, Warrendale (1996).
Dijken
KNAW

Dit artikel is afkomstig uit het boek Chemie achter de dijken, een gezamenlijke uitgave van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) en de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging (KNCV). Het werd in 2001 uitgegeven ter herdenking van het feit dat de Nederlander Jacobus Henricus Van ‘t Hoff honderd jaar eerder in 1901 de allereerste Nobelprijs voor de scheikunde won. Chemie achter de dijken belicht Nederlandse uitvindingen en ontdekkingen op chemisch gebied sinds 1901. In zo’n zeventig bijdragen (voor het overgrote deel opgenomen in Kennislink) wordt de betekenis van de Nederlandse chemie duidelijk voor ontwikkelingen op het gebied van de gezondheidszorg (bijvoorbeeld de kunstnier), de voedingsmiddelenindustrie (onder andere zoetstoffen), de kledingindustrie (bijvoorbeeld ademende regenkleding) of de elektronica (zoals herschrijfbare CD’s).

Dit artikel is een publicatie van KNAW/KNCV.
© KNAW/KNCV, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 oktober 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.