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合成ガスからガソリンプラス（STG+）は、天然ガス、その他のガス状炭化水素、またはガス化バイオマスを、ガソリン、ディーゼル燃料、ジェット燃料、有機溶剤などのドロップイン燃料に 変換する熱化学プロセスです。
プロセス化学
このプロセスは、合成ガスを合成燃料に変換する一連の4つの固定床反応器を含む1つの連続統合ループで4つの主要なステップに従います。高オクタン価合成ガソリンを製造する手順は次のとおりです。[1]
- メタノール合成: 合成ガスは 4 つのリアクターのうち最初のリアクター 1 に供給され、触媒床を通過する際に合成ガスの大部分がメタノールに変換されます。
- CO + 2 H 2 →
- ジメチルエーテル(DME) 合成: リアクター 1 からのメタノールを多く含むガスは、次に 2 番目の STG+ リアクターであるリアクター 2 に供給されます。メタノールは触媒にさらされ、その大部分が DME に変換されます。この過程でメタノールから脱水されて DME が形成されます。
- 2 CH 3 OH → CH 3 OCH 3 + H 2 O
- ガソリン合成: リアクター 2 の生成ガスは次にリアクター 3 に送られます。リアクター 3 は、DME をパラフィン (アルカン)、芳香族、ナフテン (シクロアルカン)、少量のオレフィン (アルケン) などの炭化水素に変換するための触媒を含む 3 番目のリアクターで、通常炭素数は6 から 10 です。
- ガソリン処理: 4 番目のリアクターは、リアクター 3 から出てくる生成物にトランスアルキル化および水素化処理を施します。この処理により、ガソリン内で最小限に抑える必要のある、凝固点の高いデュレン/イソデュレン(テトラメチルベンゼン) およびトリメチルベンゼン成分が削減されます。その結果、合成ガソリン製品はオクタン価が高く、望ましい粘度特性を備えています。
- セパレーター: 最後に、リアクター 4 からの混合物が凝縮されてガソリンが得られます。非凝縮ガスとガソリンは、従来のコンデンサー/セパレーターで分離されます。製品セパレーターからの非凝縮ガスのほとんどはリサイクルガスとなり、リアクター 1 への供給ストリームに戻され、パラフィン、芳香族、ナフテンからなる合成ガソリン製品が残ります。
触媒
STG+プロセスでは、他のガスから液体への技術、特にメタノールからガソリンへのプロセスで使用されるものと同様の標準触媒を使用します。メタノールからガソリンへのプロセスでは、分子サイズと形状選択性のゼオライト触媒が適しており、[2] STG+プロセスでは、 ZSM-5などの市販の形状選択性触媒も利用します。[3]
プロセス効率
プリムス・グリーン・エナジーによると、STG+プロセスは天然ガスを90+オクタン価のガソリンに約5米ガロン/百万英国熱量単位（メガワット時あたり65リットル）で変換します。[4]ガソリンのエネルギー含有量は1米ガロンあたり120,000～125,000英国熱量単位（1リットルあたり9.3～9.7キロワット時）であり、このプロセスの効率は約60％で、エネルギー損失は40％です。
ガス化
他のガスから液体へのプロセスと同様に、STG+ は他の技術で生成された合成ガスを原料として利用します。この合成ガスは、いくつかの市販技術を通じて、天然ガス、バイオマス、都市固形廃棄物などのさまざまな原料から生成できます。
天然ガスや、都市ごみから生成されるものを含むその他のメタンを多く含むガスは、水蒸気メタン改質や自己熱改質などのメタン改質技術によって合成ガスに変換されます。
バイオマスガス化技術はまだ確立されていないが、固定床または流動床反応器を利用したいくつかのシステムが開発されている。[5]
他のGTL技術との比較
合成ガスから液体燃料を合成する他の技術としては、フィッシャー・トロプシュ法やメタノールからガソリンを製造するプロセスなどがあります。
プリンストン大学で行われた研究によると、メタノールからガソリンを製造するプロセスは、小規模、中規模、大規模のいずれにおいても、資本コストと総コストの両面でフィッシャー・トロプシュ法よりも一貫して費用対効果が高いことが示されています。[6]予備研究では、STG+プロセスはエネルギー効率が高く、メタノールからガソリンを製造するプロセスの中で最も収量が高いことが示唆されています。[7]
フィッシャー・トロプシュ法
フィッシャー・トロプシュ法と、STG+ などのメタノールからガソリンを製造するプロセスとの主な違いは、使用される触媒、製品の種類、および経済性です。
一般的に、フィッシャー・トロプシュ法では非選択性のコバルトおよび鉄触媒が好まれるのに対し、メタノールからガソリンを製造する技術では分子サイズおよび形状選択性のゼオライトが好まれる。[8]製品の種類に関して言えば、フィッシャー・トロプシュ法の生産は合成原油などの直鎖パラフィン[8]に限定されているのに対し、メタノールからガソリンを製造するプロセスではキシレンやトルエンなどの芳香族化合物、およびドロップインガソリンやジェット燃料などのナフテンやイソパラフィンを 生産することができる。
フィッシャー・トロプシュ法の主な生成物である合成原油は、ディーゼル燃料やガソリンなどの燃料製品を生産するために追加の精製が必要です。この精製には通常追加コストがかかるため、一部の業界リーダーは商業規模のフィッシャー・トロプシュ法の経済性を困難と見なしています。[9]
メタノールからガソリンへ
STG+ 技術には、メタノールからガソリンを製造する他のプロセスとは異なるいくつかの差別化要因があります。これらの違いには、製品の柔軟性、デュレンの削減、環境への影響、資本コストなどがあります。
従来のメタノールからガソリンへの技術では、ディーゼル、ガソリン、または液化石油ガスを生産します。[10] STG+は、使用する触媒に応じて、ガソリン、ディーゼル、ジェット燃料、芳香族を生産します。STG+技術では、デュレンの還元もコアプロセスに組み込んでおり、燃料生産プロセス全体で、合成ガス生産とガスから液体への合成の2つのステップのみが必要です。[1]他のメタノールからガソリンへのプロセスでは、デュレンの還元がコアプロセスに組み込まれておらず、追加の精製ステップの実装が必要です。[10]
従来のメタノールからガソリンへのプロセスでは、反応器の数が増えるため、メタノールを凝縮して蒸発させてからデュレン還元ユニットに供給する追加コストやエネルギー損失などの非効率性があります。[11]これらの非効率性は、STG+などの反応器の数が少ないメタノールからガソリンへのプロセスよりも資本コストと環境フットプリントが大きくなる可能性があります。STG+プロセスでは、複数の凝縮と蒸発が不要になり、中間液体を生成せずに合成ガスを液体輸送燃料に直接変換します。[7]これにより、液化石油ガスの圧力貯蔵と液体メタノールの貯蔵を含む、2つの製品の貯蔵が不要になります。
複数のステップをより少ない反応器に統合することでガスから液体へのプロセスを簡素化すると、収量と効率が向上し、より簡単に拡張できるより安価な施設が可能になります。[12]
商業化
STG+技術は現在、代替燃料会社プリムス・グリーン・エナジーが所有するニュージャージー州ヒルズボロの工場でプレ商用規模で稼働している。この工場は天然ガスから直接、年間約10万ガロンの高品質のドロップインガソリンを生産している。[13]さらに同社は、E3コンサルティングが作成した独立エンジニアのレポートの結果を発表し、STG+システムと触媒の性能が工場の稼働中に期待を上回ったことを明らかにした。プレ商用のデモプラントは、720時間の連続稼働も達成した。[14]
プリムス・グリーン・エナジーは、2014年後半に初の商業用STG+プラントを着工する計画を発表しており、このプラントは年間約2,780万ガロンの燃料を生産する予定であると発表した。[15]
2014年初頭、米国特許商標庁（USPTO）は、プリムス・グリーン・エナジーのシングルループSTG+技術に関する特許を認可した。[15]
参照
参考文献
- ^ ab STG+テクノロジー入門Primus Green Energy、2013年2月。2013年3月5日閲覧。
- ^ http://www.dgmk.de/petrochemistry/abstracts_content16/Dathe.pdf H. Dathe、K.-F. Finger、A. Haas、P. Kolb、A. Sundermann、G. Wasserschaff。「GTL テクノロジー MTG、HAS、FTS 向け高スループット触媒最適化プログラム」、DBMK/SCI/ÖGEW カンファレンス、2008 年 10 月。
- ^ http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-022813-170709/unrestricted/Primus_Green_Energy_IQP.pdf D. Tocco、S. Miraglia、J. Giesecke。「Primus Green Energy」、ウースター工科大学、2013 年 3 月。
- ^ 「STG+ Technology」www.primusge.com。2013年2月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ D. Peterson および S. Haase (2009 年 7 月)。小規模および中規模アプリケーション向けバイオマスガス化および燃焼技術の市場評価(PDF) (レポート)。国立再生可能エネルギー研究所。p. 9。2013年4 月 30 日閲覧。
- ^ Richard C. Baliban、Josephine A. Elia、Vern Weekman、およびChristodoulos A. Floudas「フィッシャー・トロプシュ合成、ZSM-5 触媒変換、メタノール合成、メタノールからガソリン、およびメタノールからオレフィン/蒸留物への技術によるハイブリッド石炭、バイオマス、および天然ガスの液体へのプロセス合成」Computers & Chemical Engineering、2012 年、Elsevier。doi : 10.1016/j.compchemeng.2012.06.032
- ^ ab STG+とその他のGTL技術の比較Primus Green Energy、2013年4月。2013年4月29日閲覧。
- ^ ab Eduardo Falabella Sousa-Aguiar、Fabio Bellot Noronha、および Arnaldo Faro, Jr. 「GTL (ガスから液体への) プロセスにおける主な触媒の課題」、Catalysis Science & Technology、2011 年、RSC。doi : 10.1039/C1CY00116G
- ^ Broder, John M. および Clifford Krauss. 大規模でリスクのあるエネルギーへの賭けThe New York Times、2012 年 12 月 17 日。2013 年 4 月 15 日閲覧。
- ^ ab メタノールからガソリン（MTG）石炭からのクリーンガソリンの生産ExxonMobil、2009年12月。2013年4月30日閲覧。
- ^ 石炭とバイオマスからの液体輸送燃料：技術的現状、コスト、環境への影響（レポート）。全米科学アカデミー出版。2009年。 2013年4月25日閲覧。
- ^ Richard C. Baliban、Josephine A. Elia、Christodoulos A. Floudas「天然ガスから液体への新しいプロセス：プロセス合成とグローバル最適化戦略」、American Institute of Chemical Engineers Journal、2013、AIChE。doi : 10.1002/aic.13996
- ^ 「プリムスグリーンエネルギー」。
- ^ 「Technologies」www.e3co.com。2014年4月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「Primus Green Energy」より。