El gas de síntesis a gasolina plus (STG+) es un proceso termoquímico para convertir gas natural , otros hidrocarburos gaseosos o biomasa gasificada en combustibles directos, como gasolina, combustible diésel o combustible para aviones, y solventes orgánicos.
Este proceso sigue cuatro pasos principales en un circuito integrado continuo, que comprende cuatro reactores de lecho fijo en serie en los que se convierte un gas de síntesis en combustibles sintéticos. Los pasos para producir gasolina sintética de alto octanaje son los siguientes: [1]
El proceso STG+ utiliza catalizadores estándar similares a los que se utilizan en otras tecnologías de conversión de gas a líquido, específicamente en los procesos de conversión de metanol a gasolina. Los procesos de conversión de metanol a gasolina prefieren catalizadores de zeolita selectivos en cuanto a tamaño y forma molecular [2] , y el proceso STG+ también utiliza catalizadores selectivos en cuanto a forma disponibles comercialmente, como el ZSM-5 [3] .
Según Primus Green Energy, el proceso STG+ convierte el gas natural en gasolina de 90 octanos o más a un ritmo aproximado de 5 galones estadounidenses por millón de unidades térmicas británicas (65 litros por megavatio-hora). [4] El contenido energético de la gasolina es de 120.000 a 125.000 unidades térmicas británicas por galón estadounidense (9,3 a 9,7 kilovatios-hora por litro), lo que hace que este proceso tenga una eficiencia de alrededor del 60%, con una pérdida de energía del 40%.
Al igual que ocurre con otros procesos de conversión de gas en líquido, STG+ utiliza gas de síntesis producido mediante otras tecnologías como materia prima. Este gas de síntesis se puede producir mediante varias tecnologías disponibles comercialmente y a partir de una amplia variedad de materias primas, entre ellas gas natural, biomasa y residuos sólidos urbanos .
El gas natural y otros gases ricos en metano, incluidos los producidos a partir de residuos municipales, se convierten en gas de síntesis mediante tecnologías de reformado de metano, como el reformado de metano con vapor y el reformado autotérmico .
Las tecnologías de gasificación de biomasa están menos establecidas, aunque varios sistemas que se están desarrollando utilizan reactores de lecho fijo o de lecho fluidizado . [5]
Otras tecnologías para la síntesis de gas de síntesis a combustibles líquidos incluyen el proceso Fischer-Tropsch y los procesos de metanol a gasolina.
Las investigaciones realizadas en la Universidad de Princeton indican que los procesos de conversión de metanol en gasolina son consistentemente más rentables, tanto en términos de costo de capital como de costo total, que el proceso Fischer-Tropsch a escalas pequeña, mediana y grande. [6] Estudios preliminares sugieren que el proceso STG+ es más eficiente energéticamente y el proceso de conversión de metanol en gasolina de mayor rendimiento. [7]
La principal diferencia entre el proceso Fischer-Tropsch y los procesos de metanol a gasolina como STG+ son los catalizadores utilizados, los tipos de productos y la economía.
En general, el proceso Fischer-Tropsch favorece los catalizadores de cobalto y hierro no selectivos , mientras que las tecnologías de metanol a gasolina favorecen las zeolitas selectivas en cuanto a tamaño y forma molecular. [8] En términos de tipos de productos, la producción de Fischer-Tropsch se ha limitado a parafinas lineales , [8] como el petróleo crudo sintético , mientras que los procesos de metanol a gasolina pueden producir aromáticos, como xileno y tolueno , y naftenos e isoparafinas, como la gasolina de reemplazo y el combustible para aviones.
El principal producto del proceso Fischer-Tropsch, el petróleo crudo sintético, requiere un refinado adicional para producir productos combustibles como el combustible diésel o la gasolina. Este refinado suele suponer costes adicionales, lo que hace que algunos líderes de la industria consideren que la economía de los procesos Fischer-Tropsch a escala comercial es un desafío. [9]
La tecnología STG+ ofrece varios diferenciadores que la distinguen de otros procesos de conversión de metanol en gasolina. Estas diferencias incluyen la flexibilidad del producto, la reducción de durenos, la huella ambiental y el costo de capital.
Las tecnologías tradicionales de conversión de metanol en gasolina producen diésel, gasolina o gas licuado de petróleo . [10] La tecnología STG+ produce gasolina, diésel, combustible para aviones y aromáticos, según los catalizadores utilizados. La tecnología STG+ también incorpora la reducción de durenos en su proceso central, lo que significa que todo el proceso de producción de combustible requiere solo dos pasos: producción de gas de síntesis y síntesis de gas a líquidos. [1] Otros procesos de conversión de metanol en gasolina no incorporan la reducción de durenos en el proceso central y requieren la implementación de un paso de refinación adicional. [10]
Debido a la cantidad adicional de reactores, los procesos tradicionales de conversión de metanol en gasolina incluyen ineficiencias como el costo adicional y la pérdida de energía de condensar y evaporar el metanol antes de alimentarlo a la unidad de reducción de dureno. [11] Estas ineficiencias pueden generar un mayor costo de capital y una mayor huella ambiental que los procesos de conversión de metanol en gasolina que utilizan menos reactores, como STG+. El proceso STG+ elimina la condensación y evaporación múltiples, y el proceso convierte el gas de síntesis en combustibles líquidos para el transporte directamente sin producir líquidos intermedios. [7] Esto elimina la necesidad de almacenamiento de dos productos, incluido el almacenamiento a presión para el gas licuado de petróleo y el almacenamiento de metanol líquido.
Simplificar un proceso de conversión de gas a líquido mediante la combinación de múltiples pasos en menos reactores conduce a un mayor rendimiento y eficiencia, lo que permite contar con instalaciones menos costosas que se pueden escalar más fácilmente. [12]
La tecnología STG+ está actualmente funcionando a escala precomercial en Hillsborough, Nueva Jersey, en una planta propiedad de la empresa de combustibles alternativos Primus Green Energy. La planta produce aproximadamente 100.000 galones de gasolina de alta calidad al año directamente a partir de gas natural. [13] Además, la empresa anunció los resultados de un informe de ingeniería independiente preparado por E3 Consulting, que determinó que el rendimiento del sistema STG+ y del catalizador superó las expectativas durante el funcionamiento de la planta. La planta de demostración precomercial también ha logrado 720 horas de funcionamiento continuo. [14]
Primus Green Energy ha anunciado planes para iniciar la construcción de su primera planta comercial STG+ en la segunda mitad de 2014, y la compañía ha anunciado que se espera que esta planta produzca aproximadamente 27,8 millones de galones de combustible al año. [15]
A principios de 2014, la Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos (USPTO) autorizó la patente de Primus Green Energy para su tecnología STG+ de circuito único. [15]