Introducción al aceite base GTL
En los últimos 20 años, la industria mundial de los lubricantes ha experimentado enormes cambios. Nuevos dispositivos, nuevos procesos, nuevas tecnologías y especificaciones de productos cada vez más estrictas están impulsando a toda la industria de los lubricantes a sufrir rondas de cambios. Los cambios en la tecnología de procesamiento de aceites base, naturalmente, se han convertido en un factor importante en la promoción del desarrollo de la industria de los lubricantes. Actualmente, empresas petroleras y petroquímicas de fama mundial están invirtiendo mucho dinero en la investigación de conversión de gas a líquido (GTL). La comercialización gradual del aceite base preparado con tecnología GTL desencadenará una nueva ronda de reformas en el campo del aceite base.
1. Descripción general de la tecnología GTL
La tecnología GTL convierte el gas natural en petróleo sintético y luego lo convierte en fueloil y otros hidrocarburos. En términos simples, las moléculas de gas natural primero se separan y luego se vuelven a ensamblar en moléculas de cadena larga. Este proceso producirá petróleo crudo sintético de alta pureza, sin azufre, sin nitrógeno, sin aromáticos y sin elementos metálicos. Sus moléculas están compuestas básicamente por alcanos lineales y olefinas. Luego, el aceite sintético se refina aún más para producir fueloil y productos químicos respetuosos con el medio ambiente, como diésel, nafta, parafina y sus productos especiales.
1 tecnología de procesamiento y ventajas. GTL
El proceso GTL consta de los siguientes dos pasos principales: convertir el gas natural en gas de síntesis. El gas natural y el oxígeno se someten a una reacción de oxidación parcial para preparar el gas de síntesis. La composición del gas de síntesis incluye principalmente monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2), y la inversión es relativamente alta. 2) Convertir el gas de síntesis en aceite sintético. Este es el paso clave de la tecnología GTL, concretamente la conversión de síntesis de Fischer-Tropsch, que convierte el gas de síntesis en hidrocarburos líquidos de diversos grados de viscosidad a través de reactores de lecho fijo o de lecho suspendido que contienen catalizadores patentados a base de cobalto. El diagrama esquemático del proceso de procesamiento GTL se muestra en la Figura 1.
Según una evaluación reciente de la revista "Oil and Natural Gas" y encuestas de varios departamentos y compañías petroleras, las reservas probadas de gas natural que quedan en el mundo superan los 1,7 billones de metros cúbicos. por alejamiento de los consumidores y dificultad de transporte, la mayoría de los cuales fueron archivados. La tecnología GTL puede ofrecer a los consumidores alternativas a los productos derivados del petróleo, aportar beneficios económicos a los países y regiones con reservas de gas natural y, al mismo tiempo, evitar que los recursos de gas natural asociados con el proceso de extracción de petróleo se quemen en el aire. No sólo aprovecha al máximo los recursos de gas natural, sino que también protege el medio ambiente. Los hidrocarburos sintéticos preparados mediante la tecnología GTL tienen un rendimiento excelente y pueden usarse directamente o mezclarse con combustible producido a partir de petróleo crudo de baja calidad para cumplir con los requisitos cada vez más estrictos de protección ambiental y del índice de rendimiento del petróleo.
2. Desarrollo de la tecnología de síntesis Fischer-Tropsch
El método de utilizar un catalizador para convertir el gas de síntesis en hidrocarburos líquidos fue inventado por los científicos alemanes Frans Fischer y Hans Tropsch en 1923, referido. a como síntesis de Fischer-Tropsch. La tecnología de síntesis Fischer-Tropsch se industrializó por primera vez en Alemania en 1932. En 1939, nueve unidades de FT en Alemania producían 12.000 barriles de producto por día. Después de décadas de altibajos, la producción industrial de la tecnología de síntesis de Fischer-Tropsch comenzó a entrar en una nueva vía de desarrollo en la década de 1990. La tendencia a la disminución y la calidad de los recursos petrolíferos y las crecientes reservas recuperables probadas de gas natural han vuelto a convertir a GTL en el centro de atención de las principales compañías petroleras. En 1993, la planta GTL de Shell en Bintulu, Malasia, inició su producción. En 2002, se puso en funcionamiento la instalación experimental de BP en Nikiski, Alaska, EE. UU.; en 2003, ConocoPhillips inauguró esta instalación experimental en Ponca City, Oklahoma, EE. UU. En junio y octubre del mismo año, Shell firmó su segundo proyecto GTL en Qatar. En julio de 2004, ExxonMobil firmó un contrato con Qatar * * Company para invertir 7 mil millones de dólares para construir el proyecto GTL más grande del mundo en Ras Laffan, al norte de Qatar, cuyo inicio de operaciones está previsto para 2011.
II. Transformación de la tecnología de procesamiento de aceite base
1. Desarrollo de la tecnología de procesamiento de aceite base
La calidad del aceite base lubricante producido por la tecnología de refinación de petróleo depende principalmente sobre la calidad del petróleo crudo y la tecnología utilizada. Los procesos de producción tradicionales para procesar aceites base lubricantes de API I e inferiores incluyen el refinado con disolventes, el desparafinado con disolventes y el refinado suplementario de arcilla, de los cuales el desparafinado con disolventes es el principal proceso de producción en el procesamiento de aceites base lubricantes. En este método, se utilizan comúnmente como disolventes metiletilcetona/tolueno y metiletilcetona/metilisobutilcetona. Cuando el aceite base ceroso se diluye con un solvente y se enfría a -10 ~ -20°C, la cera en la solución cristalizará y precipitará, y luego la parafina en el aceite base se elimina mediante evaporación, extracción y filtración, de ese modo reduciendo la calidad del aceite base lubricante y obteniendo subproductos: materia prima de cera de parafina industrial. Este proceso de producción es principalmente un proceso físico y la estructura de los hidrocarburos no cambia. La calidad del aceite base producido depende del contenido y la naturaleza de los componentes deseados en la materia prima. Dado que las impurezas contenidas en este proceso de refinación no se pueden eliminar por completo, el aceite base producido tiene un alto punto de fluidez y no es adecuado para operar en condiciones frías. Al mismo tiempo, debido al alto contenido de componentes no ideales, como los aromáticos, y la mala resistencia a la oxidación, se excluyen fácilmente de las opciones de mezcla de lubricantes de alta calidad.
Para cumplir con los requisitos más altos de lubricantes en motores de automóviles de nueva generación y equipos de alto rendimiento, en los últimos 20 a 30 años han aparecido aceites base API ⅱ/ⅲ preparados mediante procesos de hidrogenación, lo que ha aumentado enormemente mejoró la calidad de los productos de aceite lubricante. El rendimiento ha ampliado el alcance de aplicación de los aceites base de refinación de petróleo, representados por la tecnología de desparafinado catalítico (CDW) y la tecnología de desparafinado por isomerización (IDW).
Tomando a Chevron como ejemplo, su tecnología de desparafinado por isomerización generalmente incluye tres etapas de procesos de hidrogenación completa: hidrotratamiento, desparafinado por isomerización y refinación posterior a la hidrogenación. La hidrogenación elimina azufre, nitrógeno, metal y otras impurezas de la materia prima y luego, mediante el proceso de conversión de hidroisomerización y desparafinado, los componentes con bajo índice de viscosidad se convierten en aceites base con alto índice de viscosidad y bajo punto de fluidez. Después del hidrotratamiento y la desparafinación por isomerización, el aceite desparafinado obtenido contiene una pequeña cantidad de hidrocarburos aromáticos policíclicos residuales y su estabilidad a menudo no es ideal cuando se expone a la luz, es fácil cambiar de color y producir precipitación. Procesado adicionalmente mediante destilación a presión normal y destilación al vacío. Por lo tanto, el destilado del reactor de desparafinado por isomerización debe intercambiarse con calor y luego ingresar al reactor de posrefinado para su hidrogenación y saturación para mejorar el color y la estabilidad a la oxidación del producto.
En comparación con los aceites base Tipo I, API, III y IV, tienen menores contenidos de materia volátil, azufre e hidrocarburos aromáticos, mayores coeficientes de viscosidad-temperatura y menor viscosidad. El mercado busca su rendimiento mejorado gradualmente. El índice de clasificación del aceite base de aceite lubricante se muestra en la Tabla 1. En los mercados estadounidense y europeo, el consumo de aceites base API II y II está creciendo a una tasa anual del 8% debido a la influencia de los fabricantes de automóviles y del Ministerio de Protección Ambiental. En 2004, el consumo total del mercado de aceites base de alta gama como API, III y IV en el mercado norteamericano superó el consumo total de aceites base Clase I. Durante este período, Motiva y otros procesadores de aceite base aumentaron la producción y la capacidad de procesamiento de aceites base API II y II, mientras que Shell y otros cerraron plantas de fabricación de aceite base API I.
2. Aceite base GTL de primera generación
Después de la síntesis de Fischer-Tropsch, la unidad GTL puede producir alquil alcanos sintéticos limpios y al mismo tiempo producir combustible ultralimpio. La cera de parafina se puede convertir aún más en aceite base lubricante que no contiene azufre, nitrógeno, hidrocarburos aromáticos ni impurezas metálicas, que es completamente diferente del aceite base preparado mediante refinación con solventes o hidrorefinación en el proceso de refinación de petróleo. Dado que la estructura molecular del aceite base GTL es básicamente isoparafina, el aceite base GTL tiene las características de baja viscosidad, limpieza y larga vida, lo que proporciona una nueva opción para la demanda del mercado.
Dos unidades de aceite base GTL de primera generación han sido puestas en funcionamiento o en operación de prueba a pequeña escala en el mundo. La parte de síntesis de Fischer-Tropsch de estos dos conjuntos de dispositivos GTL adopta un proceso de lecho fijo. La planta GTL de Shell en Bintulu, Malasia, abrió sus puertas en 1993 con una producción diaria de 12.500 barriles. El proceso utilizado es el proceso SMDS (Shell Intermediate Unique Synthesis) de Shell. Los productos de parafina producidos se transportan a dos plantas de procesamiento de aceite base ubicadas en Yokkaichi, Japón y Petit-Couronne, Francia, donde los componentes adecuados del aceite base que contienen aceite de cera se preparan mediante hidrocraqueo e hidroisomerización, y luego mediante un simple proceso de desparafinado con solvente. Prepare productos de aceite base Shell XHVI. El dispositivo experimental de Syntroleum en Tulsa, Australia Occidental, se puso en funcionamiento en junio de 2000 y febrero de 2000. El proyecto se canceló debido a la quiebra de su socio Enron.
3. Tecnología de procesamiento de aceite base GTL de segunda generación
A partir de la demanda del mercado de diésel ultralimpio, muchas empresas petroleras y petroquímicas reconocidas en el mundo han aumentado su inversión. En tecnología GTL, la producción planificada a gran escala de equipos de aceite base GTL se encuentra en la parte norte de la península de Qatar. La inversión de ExxonMobil en la planta de GTL de Qatar se acerca a los 7.000 millones de dólares. Una vez puesta en funcionamiento, la planta será la planta de GTL más grande del mundo. La planta utilizará la tecnología AGC-21 patentada de ExxonMobil y el 20% de su capacidad total se utilizará para producir aceites base de alto rendimiento. Además, el MWI (proceso de isomerización de parafina) patentado por la compañía se utilizará para alimentar materias primas con alto contenido de cera, como aceite de cera y cera blanda, en un reactor de lecho fijo equipado con tamices moleculares selectivos para convertirlo en un aceite base de alto índice de viscosidad. (ver Figura 2). Se espera que la planta produzca 654,38+500.000 toneladas de aceite base al año, lo que representa aproximadamente el 654,38+07% de la producción mundial actual de aceite base de ExxonMobil. La refinería base Antelope GTL en Qatar construida por Chevron y la sudafricana Sasol se pondrá en funcionamiento en el primer semestre de 2008. La fábrica GTL de Shell en Qatar se conoce como proyecto Pearl GTL, que se basará en el proceso SMDS en la fábrica GTL de Shell en Malasia. Se espera que la primera fase del proyecto entre en funcionamiento en 2009, con una producción anual de 500.000 toneladas de aceite base GTL. Después de completar la segunda fase del proyecto, la capacidad de producción alcanzará los 6,5438 millones de toneladas/año, lo que representa aproximadamente el 25% de la capacidad de producción mundial de petróleo base de Shell. Se estima que entre 2010 y 2012, la producción diaria potencial de aceite base GTL alcanzará entre 30.000 y 50.000 barriles. Para entonces, tendrá un cierto impacto en el mercado de aceites base de alta calidad. Los planes de producción y las fechas de producción de los tres principales fabricantes de aceite base GTL se muestran en la Tabla 2.
3. Rendimiento del aceite base GTL
Las especificaciones de aceite para motores de combustión interna que se están desarrollando o implementando, como API SL/SM e ILSAC GF-4, requieren una baja viscosidad para alcanzar el ahorro de combustible. estándares. Al mismo tiempo, las regulaciones ambientales exigen reducciones en las emisiones de partículas contaminantes (PM) y óxidos de nitrógeno (NOX) de los motores diésel de servicio pesado, así como el hollín adicional producido por los diseños de motores de combustión interna con bajo contenido de NOX. Para mejorar el rendimiento del aceite para motores diésel de servicio pesado, es necesario mejorar el rendimiento del aceite base utilizado para evitar el desgaste prematuro del motor. Los fabricantes de automóviles están llenando sus automóviles de pasajeros y camiones con líquido de transmisión hidráulica o automática de larga duración para reducir el costo del mantenimiento de la garantía.
Con su contenido casi nulo de azufre, nitrógeno y aromáticos, y sus características estructurales casi completamente de isoparafina, el aceite base GTL muestra una excelente estabilidad a la oxidación, rendimiento a bajas temperaturas, baja pérdida por evaporación NOACK y alto índice de viscosidad, lo que puede satisfacer la demanda del mercado de mayor rendimiento. aceites base. En la actualidad, la tecnología de producción de aceite base GTL se ha desarrollado hasta el punto en que se puede formular con grados de viscosidad (100°C) que van desde 2 centistokes hasta más de 9 centistokes, e incluso se pueden producir aceites brillantes de alta viscosidad. Rompe la estrecha limitación de que el proceso de hidrogenación solo puede producir aceites base API II/III por debajo de 9cSt y también amplía la demanda de la industria de aceites base de alta viscosidad y alto rendimiento. La comparación de rendimiento de diferentes grados de aceites base clasificados por API se muestra en la Tabla 3.
Los datos de prueba de los productos de aceite base GTL de primera generación son la base para que las personas evalúen la nueva generación de productos de aceite base. Actualmente, la fábrica de aceite base GTL XHVI(r) de Shell en Japón tiene una producción diaria de aproximadamente 65.438+000 barriles y se ha utilizado en la mezcla de aceite de motor de turismos (PCMO) y fluido de transmisión automática (ATF). Syntroleum realizó pruebas en banco de motores con productos de aceite base GTL producidos en sus instalaciones piloto. Los resultados muestran que el rendimiento del producto no sólo cumple con los requisitos de especificación actuales de ILSAC GF-4, sino que también muestra la competitividad del producto en términos de rendimiento en la prueba del programa IIIF para examinar el consumo y desgaste de combustible del motor y la prueba VIB. para examinar la economía de combustible (ver Tabla 4).
El trabajo del dispositivo de prueba del proceso de producción de aceite base GTL de segunda generación también muestra que el producto contiene una pequeña cantidad de moléculas de monocicloalcano y que el dispositivo puede producir aceite brillante GTL. Algunos fabricantes de aceites base GTL han comenzado a suministrar sus productos de prueba a empresas de aditivos y mezcladores de lubricantes independientes, como Fuchs y Castrol.
Cuatro. Análisis de perspectivas del mercado de aceites base GTL
Para reducir las emisiones de escape y mejorar la eficiencia energética de los motores de combustión interna, los fabricantes de automóviles necesitan aceites base de alto rendimiento, como los aceites base API ⅲ y API ⅳ. El aceite base lubricante preparado con tecnología GTL es un sustituto importante del aceite base APIⅲ/ⅳ y tiene buenas propiedades de viscosidad-temperatura, propiedades antioxidantes y rendimiento de arranque en frío a baja temperatura. El aceite lubricante mezclado con este aceite base puede satisfacer las necesidades operativas de los motores de combustión interna modernos.
Las unidades GTL se utilizan principalmente para producir combustibles de alta limpieza, nafta y productos químicos especiales. Sólo unas pocas unidades preparan parte del aceite base para maximizar el valor de la composición de los productos procesados, y su proporción es generalmente del 10% al 20%. Aunque el tamaño del mercado de lubricantes y parafinas sólo representa el 5% del mercado de combustibles, los expertos predicen que los aceites base de alta pureza preparados por el método GTL tendrán un impacto importante en el mercado.
El análisis de Kline muestra que el precio de las polialfaolefinas sintéticas es generalmente de 4,5 a 8 dólares por galón, y el precio del aceite base API es de 1,6 a 2,5 dólares por galón. El precio del aceite base GTL es mejor que los dos precios anteriores. No solo tendrá un impacto en el mercado actual de aceites base API II, sino que también se convertirá en un competidor directo de las polialfaolefinas en términos de baja viscosidad y economía de combustible (especialmente SAE 0W) debido a sus excelentes propiedades a baja temperatura y propiedades antioxidantes. . En términos de lubricantes para motores y transmisiones, los aceites base GTL también competirán con los aceites base API III/IV debido a sus pequeñas pérdidas por evaporación. Si la fábrica de aceite base GTL a gran escala descrita en este artículo puede producir normalmente, la producción de aceite base GTL aumentará significativamente, y entonces no está muy lejos de que el aceite base GTL compita con el aceite base APIⅲ/ⅳ o incluso con el aceite base ⅱ. petróleo para el mercado. Es previsible que el aceite base GTL se utilice primero en aceites de motor de combustión interna de alta calidad, fluidos de transmisión automática y otras formulaciones, y se promoverá desde Europa y América del Norte hasta Japón y, finalmente, se utilizará en la región de Asia y el Pacífico. Con la puesta en servicio de unidades GTL a gran escala de Shell, ExxonMobil, Chevron Sasol y otras empresas, el aceite base GTL reemplazará al aceite base tradicional y se usa ampliamente en aceite hidráulico, aceite para motores de combustión interna ferroviaria, aceite para engranajes industriales y otros campos. Los fabricantes de aceites base de grado I enfrentarán una mayor presión sobre el suministro de nuevos aceites base.
Sin embargo, la preferencia del mercado por los aceites base APIⅲ y APIⅳ, así como los enormes márgenes de beneficio de la producción de aceite base APIⅱ, obligarán a los fabricantes de GTL a considerar si sus productos pueden competir con los aceites base APIⅱ bajando los precios. o sacrificar la producción, para mantener la ventaja de precio de APIⅲ/ⅳ. Teniendo en cuenta los factores económicos anteriores, la producción de aceite base GTL se llevará a cabo en un pequeño dispositivo experimental. En la actualidad, los productos de las marcas de lubricantes propias de las principales empresas mencionadas todavía utilizan aceite base GTL, y las perspectivas para instalaciones de aceite base GTL a gran escala todavía son difíciles de determinar por el momento.
Resumen y reflexión del verbo (abreviatura de verbo)
Para mejorar el ahorro de combustible, se necesita más aceite lubricante de baja viscosidad. Por ejemplo, el aceite de motor de combustión interna SAE 0W/20 limita la viscosidad del motor a altas y bajas temperaturas. En la actualidad, este tipo de aceite sólo se puede mezclar con una mezcla de polialfa-olefina y aceite de éster, y es difícil cumplir los requisitos de baja viscosidad y baja volatilidad con el aceite base API III. Los aceites base GTL pueden cumplir los requisitos de esta nueva especificación.
Como materia prima importante para la producción de lubricantes, el éxito del aceite base GTL en el mercado depende de muchos otros factores. Si las empresas fabricantes quieren tener éxito en el mercado, además de satisfacer sus propias necesidades, también deben hacer que los procesos de fábrica y el control de calidad de GTL satisfagan continuamente las necesidades de producir aceites base GTL de alta calidad.
Dado que la fábrica de aceite base GTL a gran escala propuesta está ubicada en un área remota, es decir, lejos del mercado de consumo terminal, la confiabilidad de su enlace de suministro logístico es muy importante. Además, las plantas mezcladoras de lubricantes y los distribuidores también deberían considerar cómo mejorar la competitividad de los precios de los aceites base GTL para abrir un mercado más grande. Como nueva generación de aceite base, el aceite base GTL requiere muchas pruebas antes de poder ingresar al mercado en lugar de otros productos, incluidas pruebas en banco de motores, compatibilidad de aditivos, compatibilidad de productos, certificación OEM, etc. Requiere muchos fondos. para realizar investigaciones relacionadas y servicios de apoyo.