Je leest:

Katalysatoronderzoek voor betere productie van synthetische diesel

Katalysatoronderzoek voor betere productie van synthetische diesel

Auteur: | 6 november 2008

Met het Fischer Tropsch proces kun je van aardgas diesel maken, maar dat gaat niet altijd van een leien dakje. Zo kan de werking van de gebruikte katalysatoren gedurende het proces verminderen. De Zuid-Afrikaanse wetenschapper Denzil Moodley zag tijdens zijn onderzoek aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) dat de katalysatoren kunnen dichtslibben met koolstof. Hij zocht uit hoe dat precies gaat en komt met aanbevelingen om het gas-to-liquid proces te verbeteren. Moodley promoveert vandaag (6 november) aan de TU/e.

Het is één van de actuele onderwerpen in de proceschemie: het gas-to-liquid proces, kortweg GTL. Oliemaatschappijen investeren tientallen miljarden dollars in fabrieken die aardgas in vloeibare brandstoffen omzetten. Niet alleen omdat de brandstoffen schoner zijn, maar ook omdat de olie langzaam maar zeker opraakt. Eén van de favoriete locaties is Qatar, het op een schiereleiland in de Perzische Golf gelegen buurland van Saudie Arabië.

Productielocatie voor diesel uit aardgas in Qatar, gebouwd in samenwerking met oliemaatschappij Sasol (‘Suid-Afrikaanse Steenkool en Olie’). In Qatar ligt het grootste enkelvoudige aardgasveld van de wereld (ongeveer 14% van ‘s werelds gasreserves) en oliemaatschappijen zien in Qatars aardgasvoorraden een welkome aanvulling op de almaar slinkende olievoorraad. Natuurlijk zou je auto’s ook op aardgas kunnen laten rijden, maar het is gemakkelijker en goedkoper om vloeibare brandstoffen te transporteren dan aardgas. Shell bouwt in Qatar aan een installatie die rond 2010 maar liefst 140.000 vaten per dag moet opleveren. De ‘Oryx’ fabriek op de foto, ’s werelds eerste grootschalige gas-to-liquid installatie, heeft een capaciteit van 34.000 vaten per dag. Volgens de Financial Times lag het dagelijks productievolume aan het begin van dit jaar echter op slechts 9000 vaten als gevolg van vervuiling van de diesel met katalysatordeeltjes. Filtersystemen zouden dat probleem inmiddels hebben ondervangen. Beeld:http://www.ogfj.com

Het Fischer-Tropsch proces is vernoemd naar de chemici Franz Fischer en Hans Tropsch. Zij ontdekten in de twintiger jaren van de vorige eeuw dat koolmonoxide en waterstof bij hoge temperatuur (180-250 °C) met behulp van een katalysator zijn om te zetten in vloeibare producten. De Fischer-Tropsch synthese is de kern van het gas-to-liquid proces, dat ruwweg uit drie stappen bestaat:

1) Omzetten van steenkool of aardgas naar het koolmonoxide/waterstof mengsel (ook wel synthesegas genoemd). 2) De eigenlijke Fischer-Tropsch synthese: omzetting van synthesegas in allerlei producten, zoals gasolie, nafta, kerosine en grondstoffen voor de chemische industrie. 3) Scheiden en optimalisatie van de verschillende productstromen.

Kobalt

De sleutel tot een succesvolle procesvoering ligt in de gebruikte katalysator. Deze component maakt de synthese mogelijk zonder er zelf bij verbruikt te worden. Fischer en Tropsch gebruikten oorspronkelijk een ijzerkatalysator, tegenwoordig wordt ook veel gebruik gemaakt van kobalt. Zoals bij zoveel industrieel gebruikte katalysatoren wordt de activiteit van de katalysator na verloop van tijd minder. De werking blijkt na twee maanden weliswaar te stabiliseren, maar de proceschemici zouden de activiteit graag gedurende langere tijd op een hoog niveau houden.

Voor de Zuid-Afrikaanse oliemaatschappij Sasol is dit één van de onderzoeksonderwerpen in een aantal samenwerksprojecten met de Technische Universiteit Eindhoven. Een aantal medewerkers van het bedrijf werkt bij de TU/e-onderzoeksgroep Physical Chemistry of Surfaces in Catalysis van prof. dr. Hans Niemantsverdriet.

Denzil Moodley nam de afgelopen jaren met name de activiteit van de kobaltkatalysator onder de loep. Hij bevestigt in zijn proefschrift eerder TU/e-onderzoek waarin werd geconcludeerd dat het teruglopen van de katalysatoractiviteit niet – zoals vaak wordt gedacht – het gevolg is van oxidatie. Vorming van metaaloxiden is funest voor de activiteit van metallische katalysatoren.

Moodley laat zien dat hier vooral koolstof de boosdoener is. Het bedekt langzaam maar zeker in verschillende verschijningsvormen de kleine kobaltdeeltjes. Moodley stelde dat vast met technieken zoals elektronenmicroscopie en Low Energy Ion Scattering (LEIS), twee specialismen van de TU/e. Met zijn onderzoek vergrootte Moodley het begrip op over de deactivering van de katalysatoren en met die kennis kan Sasol het Fischer-Tropsch-proces effectiever gaan toepassen.

De synthetische dieselbrandstof is van hogere kwaliteit dan diesel uit (natuurlijke) aardolie. Bij inspuiting in de motor ontbrandt de synthetische brandstof gemakkelijker. Daarnaast is hij schoner: synthetische diesel bevat minder zwavel- en stikstofcomponenten, waardoor verbranding minder schadelijke emissies oplevert. Bij eén van de veerboten naar Texel, de Dokter Wagemaker, is een proef met synthetische diesel uitgevoerd met de hulpmotor. Deze draait ’s nachts als het schip in Den Helder aan de kade ligt en dient om de elektrische systemen te voeden. Met de door Shell geleverde Fischer-Tropsch diesel (afkomstig uit Shells fabriek in Maleisië) bleek de motor schoner en zuiniger te draaien. Beeld: www.havendenhelder.nl

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 06 november 2008
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.