Синтез-газ в бензин плюс (STG+) — это термохимический процесс преобразования природного газа , других газообразных углеводородов или газифицированной биомассы в виды топлива, такие как бензин, дизельное топливо или авиатопливо, а также органические растворители.
Этот процесс следует четырем основным шагам в одном непрерывном интегрированном цикле, включающем четыре реактора с фиксированным слоем в серии, в которых синтез-газ преобразуется в синтетическое топливо. Шаги для производства высокооктанового синтетического бензина следующие: [1]
Процесс STG+ использует стандартные катализаторы, аналогичные тем, которые используются в других технологиях преобразования газа в жидкости, в частности, в процессах преобразования метанола в бензин. Процессы преобразования метанола в бензин предпочитают цеолитные катализаторы с селективным молекулярным размером и формой [2] , а процесс STG+ также использует коммерчески доступные катализаторы с селективным формой, такие как ZSM-5 . [3]
По данным Primus Green Energy, процесс STG+ преобразует природный газ в бензин с октановым числом 90+ со скоростью около 5 галлонов США на миллион британских тепловых единиц (65 литров на мегаватт-час). [4] Энергосодержание бензина составляет от 120 000 до 125 000 британских тепловых единиц на галлон США (от 9,3 до 9,7 киловатт-часов на литр), что делает этот процесс эффективным примерно на 60% при потере энергии в 40%.
Как и в случае с другими процессами газ-жидкость, STG+ использует в качестве сырья синтез-газ, произведенный с помощью других технологий. Этот синтез-газ может быть произведен с помощью нескольких коммерчески доступных технологий и из широкого спектра сырья, включая природный газ, биомассу и твердые бытовые отходы .
Природный газ и другие газы с высоким содержанием метана, в том числе те, которые производятся из бытовых отходов, преобразуются в синтез-газ с помощью технологий риформинга метана, таких как паровой риформинг метана и автотермический риформинг .
Технологии газификации биомассы менее распространены, хотя разрабатывается несколько систем, использующих реакторы с неподвижным или псевдоожиженным слоем . [5]
Другие технологии синтеза синтетического газа в жидкое топливо включают процесс Фишера-Тропша и процессы переработки метанола в бензин.
Исследования, проведенные в Принстонском университете, показывают, что процессы превращения метанола в бензин неизменно более рентабельны, как по капитальным затратам, так и по общим затратам, чем процесс Фишера-Тропша в малых, средних и крупных масштабах. [6] Предварительные исследования показывают, что процесс STG+ более энергетически эффективен и является самым высокопродуктивным процессом превращения метанола в бензин. [7]
Основное различие между процессом Фишера-Тропша и процессами превращения метанола в бензин, такими как STG+, заключается в используемых катализаторах, типах продуктов и экономичности.
В целом, процесс Фишера-Тропша отдает предпочтение неселективным кобальтовым и железным катализаторам, в то время как технологии превращения метанола в бензин отдают предпочтение цеолитам, селективным по размеру и форме молекул. [8] С точки зрения типов продуктов, производство Фишера-Тропша было ограничено линейными парафинами , [8] такими как синтетическая сырая нефть, тогда как процессы превращения метанола в бензин могут производить ароматические соединения, такие как ксилол и толуол , а также нафтены и изопарафины, такие как бензин и реактивное топливо.
Основной продукт процесса Фишера-Тропша, синтетическая сырая нефть, требует дополнительной переработки для производства топливных продуктов, таких как дизельное топливо или бензин. Эта переработка обычно добавляет дополнительные затраты, заставляя некоторых лидеров отрасли называть экономику коммерческих процессов Фишера-Тропша сложной. [9]
Технология STG+ предлагает несколько отличительных черт, которые отличают ее от других процессов превращения метанола в бензин. Эти отличия включают гибкость продукта, снижение содержания дурола, воздействие на окружающую среду и капитальные затраты.
Традиционные технологии переработки метанола в бензин производят дизельное топливо, бензин или сжиженный нефтяной газ . [10] STG+ производит бензин, дизельное топливо, реактивное топливо и ароматические соединения в зависимости от используемых катализаторов. Технология STG+ также включает восстановление дурола в свой основной процесс, что означает, что весь процесс производства топлива требует только двух этапов: производство синтез-газа и синтез газа в жидкости. [1] Другие процессы переработки метанола в бензин не включают восстановление дурола в основной процесс, и они требуют внедрения дополнительного этапа очистки. [10]
Из-за дополнительного количества реакторов традиционные процессы превращения метанола в бензин включают неэффективность, такую как дополнительные затраты и потери энергии на конденсацию и испарение метанола перед его подачей в установку восстановления дурола. [11] Эти неэффективности могут привести к большим капитальным затратам и воздействию на окружающую среду, чем процессы превращения метанола в бензин, в которых используется меньше реакторов, такие как STG+. Процесс STG+ исключает многократную конденсацию и испарение, и процесс преобразует синтез-газ в жидкое транспортное топливо напрямую, без производства промежуточных жидкостей. [7] Это устраняет необходимость в хранении двух продуктов, включая хранение под давлением для сжиженного нефтяного газа и хранение жидкого метанола.
Упрощение процесса превращения газа в жидкость путем объединения нескольких этапов в меньшем количестве реакторов приводит к повышению выхода и эффективности, что позволяет создавать менее дорогостоящие установки, которые легче масштабировать. [12]
Технология STG+ в настоящее время работает в предкоммерческом масштабе в Хиллсборо, штат Нью-Джерси, на заводе, принадлежащем компании по производству альтернативного топлива Primus Green Energy. Завод производит около 100 000 галлонов высококачественного бензина в год непосредственно из природного газа. [13] Кроме того, компания объявила о результатах отчета независимого инженера, подготовленного E3 Consulting, в котором установлено, что производительность системы STG+ и катализатора превзошла ожидания во время работы завода. Предкоммерческая демонстрационная установка также достигла 720 часов непрерывной работы. [14]
Primus Green Energy объявила о планах начать строительство своего первого коммерческого завода STG+ во второй половине 2014 года, и компания заявила, что этот завод, как ожидается, будет производить около 27,8 миллионов галлонов топлива в год. [15]
В начале 2014 года Бюро по патентам и товарным знакам США (USPTO) выдало патент Primus Green Energy на ее одноконтурную технологию STG+. [15]