Proceso Fischer-TropschDe Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a: navegacin, bsqueda El proceso Fischer-Tropsch es un proceso qumico para la produccin de hidrocarburos lquidos (gasolina, keroseno, gasoil y lubricantes) a partir de gas de sntesis (CO y H2). Fue inventado por los alemanes Franz Fischer y Hans Tropsch en los aos 1920.

Contenido[ocultar]

1 Qumica o 1.1 Reacciones o 1.2 Cintica o 1.3 Productos o 1.4 Reactores 2 Plantas Fischer-Tropsch en el mundo 3 Utilidad 4 Historia 5 Otras empresas activas en la investigacin y desarrollo de procesos Fischer-Tropsch 6 Enlaces externos 7 Referencias

[editar] Qumica[editar] ReaccionesLas reacciones principales son: (Produccin de parafinas) (Produccin de olefinas) Se trata en ambos casos de reacciones muy exotrmicas, es decir, que liberan una gran cantidad de calor. Reacciones secundarias, indeseadas: (Produccin de metano)

(Produccin de alcoholes) (Deposicin de carbono slido) La reaccin se lleva a cabo sobre catalizadores de cobalto o hierro. Para un buen rendimiento se requiere alta presin (tpicamente 20 - 30 bar) y temperatura (200 - 350 C). Por encima de los 400 C la formacin de metano resulta excesiva.

[editar] CinticaLas reacciones principales de Fischer-Tropsch son en realidad reacciones de polimerizacin, consistentes en cinco pasos bsicos: 1. Absorcin de CO sobre la superficie del catalizador 2. Iniciacin de la polimerizacin mediante formacin de radical metilo (por disociacin del CO e hidrogenacin) 3. Polimerizacin por condensacin (adicin de CO y H2 y liberacin de agua) 4. Terminacin 5. Desorcin del producto La velocidad de reaccin est limitada por la cintica y en particular por el paso de polimerizacin por condensacin. La distribucin de pesos moleculares en el producto puede ser predicho aproximadamente por el modelo de Anderson-Schulz-Flory:

donde Wn es la fraccin en peso de producto con n tomos de carbono y a es la probabilidad de crecimiento de cadena, funcin de las condiciones de reaccin (catalizador, temperatura, presin y composicin del gas).

[editar] ProductosEl producto obtenido a la salida de un reactor de Fischer-Tropsch consiste en una mezcla de hidrocarburos con una distribucin muy amplia de pesos moleculares, que van desde los gases hasta las ceras pasando por la gasolina, el keroseno y el gasleo. La naturaleza y proporcin de los productos depende del tipo de reactor y de catalizador. En general los procesos que operan a alta temperatura producen una mayora de gasolinas olefnicas mientras que los de baja temperatura dan sobre todo gasleos parafnicos. Siempre es necesaria una etapa ulterior de hidrotratamiento para que los productos alcancen la calidad exigida por el mercado.

[editar] ReactoresA lo largo de la historia se han utilizado cuatro tipos principales de reactores industriales para desarrollar las reacciones FT:

Reactor tubular en lecho fijo. Sasol denomina Arge a su reactor de este tipo y lo opera a 220-260 C y 20-30 bar. Reactor de lecho circulante (llamado Synthol por Sasol), operado a 350 C y 25 bar. Produce sobre todo gasolina olefnica. Reactor de lecho fluidizado (Sasol Advanced Synthol), similar en operacin al Synthol pero de menor tamao para misma capacidad de produccin. Reactor "slurry", en el que el catalizador se encuentra en suspensin en un lquido (a menudo ceras producidas por la propia reaccin) en el cual se burbujea el gas de sntesis. Normalmente estos reactores trabajan a baja temperatura para producir un mximo de productos de alto peso molecular.

[editar] Plantas Fischer-Tropsch en el mundoUbicacin Empresa Fecha de arranque Origen del gas de sntesis

Hasta 2004: carbn Sasolburg (Sudfrica) Sasol Chemicals 1955 Desde 2004: gas natural Secunda (Sudfrica) Bintulu (Malaysia) Mossel Bay (Sudfrica) "Oryx" (Qatar) Escravos (Nigeria) "Pearl" (Qatar) Erdos (Mongolia Interior, China) Sasol Synfuels Shell PetroSA Sasol Chevron y Qatar Petroleum Chevron y Nigeria NPC Shell y Qatar Petroleum Yitai 1979 1993 1993 2007 en construccin en construccin en construccin Carbn Gas natural Gas natural Gas natural Gas natural Gas natural Carbn

Datos actualizados a octubre de 2007

[editar] UtilidadEl gasoil obtenido mediante el proceso Fischer-Tropsch (abreviado FT) tiene las ventajas de apenas contener azufre (con lo cual respeta de forma natural las duras reglamentaciones en vigor

en Europa) y tener un alto ndice de cetano, gracias a su bajo contenido en aromticos. Por ello, es un combustible con fcil salida al mercado. Sin embargo, tanto el gasoil como la gasolina y los otros productos FT pueden obtenerse de forma ms sencilla y barata mediante el refino de petrleo. Las plantas FT son caras de construir y presentan toda una serie de problemas medioambientales. Su uso se justifica slo si el petrleo es particularmente caro o escaso y se dispone de una fuente alternativa de hidrocarburos barata o cercana, por ejemplo: carbn, gas natural, desechos vegetales o residuos pesados de refineras. La produccin de gasolina y gasoil a partir de carbn va el proceso FT sera positiva desde el punto de vista de la independencia energtica para los pases que disponen de carbn y no de petrleo, pero sera negativa en cuanto al impacto sobre el cambio climtico. La emisin total de CO2 para el combustible obtenido de carbn via FT es aproximadamente dos veces superior a la del mismo tipo de combustible obtenido mediante refino de petrleo. El CO2 no es emitido en la reaccin de FT en s misma sino en la etapa previa de gasificacin y en la posterior combustin del gas de sntesis no convertido. Si bien el proceso de gasificacin tericamente permite la captura y secuestro del CO2, a da de hoy (2006) an no existe ninguna planta de gasificacin a escala industrial que incluya esta opcin. Slo si se utiliza biomasa como materia prima puede el proceso FT alcanzar un nivel de emisiones de gases de efecto invernadero comparables o incluso inferiores a las del petrleo. El proceso FT no es la nica va para convertir carbn en combustibles lquidos. La alternativa principal es la licuefaccin directa del carbn, que sufre de ms o menos las mismas desventajas que la va FT. En cuanto al FT a partir de gas natural, slo es rentable econmicamente si algn obstculo impide la comercializacin directa del gas. Ello ocurre por ejemplo en yacimientos pequeos situados lejos de los terminales de licuefaccin.

[editar] HistoriaEl proceso Fischer-Tropsch (abreviado FT) fue patentado por los alemanes Franz Fischer y Hans Tropsch en 1925, llevado a escala piloto por vez primera por Ruhrchemie AG en 1934 e industrializado en 1936. Experiment gran auge en la Alemania nazi porque el estallido de la Segunda Guerra Mundial volvi difcil el acceso a fuentes exteriores de petrleo mientras que el pas produca mucho carbn, convertible en gas de sntesis mediante el proceso de gasificacin. El proceso FT tena un serio competidor en la la licuefaccin directa del carbn, impulsada por IG Farben, que se desarroll an ms deprisa. A principios de 1944 el Reich produca a partir de carbn unos 124.000 barriles/da de combustibles, que suponan ms del 90% del keroseno de aviacin y ms del 50% del combustible total del pas ([1]). Esta produccin provena sobre todo de 18 plantas de licuefaccin directa pero tambin de 9 pequeas plantas FT, que aportaban unos 14.000 barriles/da. Japn tambin hizo un gran esfuerzo por producir carburantes a partir del carbn. La va principal elegida por Japn fue la carbonizacin a baja temperatura, proceso poco eficiente pero simple. No obstante, la empresa Mitsui compr una licencia del proceso FT a Ruhrchemie y

construy tres plantas en Miike, Amagasaki y Takikawa, que nunca alcanzaron su capacidad nominal debido a problemas de diseo. En 1944 Japn produjo 114.000 toneladas de combustible a partir del carbn, pero slo 18.000 de ellas provinieron de las plantas FT. Entre 1944 y 1945 las plantas alemanas y japonesas fueron muy daadas por los bombardeos aliados y la mayora fueron desmanteladas despus de la guerra. Los cientficos alemanes que haban trabajado en el proceso FT fueron capturados por los americanos y siete de ellos enviados a trabajar en EE.UU. en el marco de la Operacin Paperclip. El programa estadounidense sobre la sntesis FT fue a su vez abandonado en 1953. A partir de los aos 1950 la tecnologa FT renaci en la Sudfrica del apartheid que, para hacer frente a un embargo internacional de petrleo, recurri a sus grandes reservas de carbn. La empresa South African Synthetic Oil Ltd. (Sasol) fue fundada con el objetivo exclusivo de producir hidrocarburos lquidos a partir del carbn. Sasol desarroll sus propios procesos y construy un gran complejo FT en Sasolburg (Sasol 1) en 1955. Dado el xito de esta planta, a principios de los aos 1980 otras dos plantas (Sasol 2 y Sasol 3) fueron inauguradas en Secunda. Hoy da (datos de 2003) Sasol produce el 41% de los combustibles de automocin consumidos en Sudfrica. Las crisis del petrleo de 1973 y 1980 empujaron a algunos pases y empresas occidentales a investigar de nuevo las fuentes alternativas de combustibles lquidos. Shell fue la que llev ms lejos el desarrollo, construyendo a principios de los 1990 una planta FT en Bintulu (Malasia) basada en su propio proceso. En este caso el gas de sntesis no proviene de carbn sino del reformado de gas natural por lo que se habla de Gas-to-Liquids, para distinguirlo del Coal-toLiquids practicado en Alemania y Sudfrica. En general los aos 1990 fueron una era de petrleo barato que fren la mayora de los desarrollos en fuentes alternativas al petrleo, entre ellos la sntesis FT. Al aumentar el precio del petrleo a partir de 2000, el inters ha renacido una vez ms y numerosas empresas anuncian nuevos desarrollos o proyectos industriales. El ms avanzado es el proyecto Gas-to-Liquids "Oryx" en Qatar, basado en la tecnologa FT de Sasol, cuyo arranque est previsto para el verano de 2006.

[editar] Otras empresas activas en la investigacin y desarrollo de procesos Fischer-Tropsch

Syntroleum (Estados Unidos) Rentech (Estados Unidos) Axens (Francia) Davy (Reino Unido) Choren (Alemania) ICC (China) Statoil (Noruega) ExxonMobil (Estados Unidos)

[editar] Enlaces externos

Fischer-Tropsch.org, base de documentos desde 1920 hasta la actualidad (en ingls)

[editar] Referencias

Mateos Quiroga, Daniel y otros (Junio 2006). Nuevas tecnologas y productos basados en el gas de sntesis. Cuadernos de Energa (n13). Li, Yong Wang: "Clean Diesel Production from Coal Based Syngas via Fischer-Tropsch Synthesis: Technology Status and Demands in China", ponencia presentada en la International Pittsburgh Coal Conference, 2004. Williams, Robert H. (Diciembre 2003). A comparison of direct and indirect liquefaction technologies for making fluid fuels from coal. Energy for Sustainable Development volumen VII (n 4). Spath, P.L. y Dayton, D.C.: Preliminary Screening Technical and Economic Assessment of Synthesis Gas to Fuels and Chemicals with Emphasis on the Potential for Biomass-Derived Syngas, informe del National Renewable Energy Laboratory (EE.UU.). Diciembre de 2003.

Artculos sobre historia:

Stranges, Anthony N.: "Germanys Synthetic Fuel Industry 1927-45", ponencia presentada en la AIChE 2003 Spring National Meeting, 2003. Stranges, Anthony N.: "Synthetic Fuel Production in Prewar and World War II Japan: A Case Study in Technological Failure", ponencia presentada en la AIChE 2003 Spring National Meeting, 2003.

Wikipedia

Proceso Fischer-Tropsch o cmo transformar gas a lquido2454

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Juan David Prez 10 de marzo de 2007 | 00:26

La tecnologa derivada del proceso Fischer-Tropsch elimina los obstculos principales para el comercio de gas natural: su baja densidad de energa y el resultado de los altos costos de transporte resultantes. La disponibilidad comercial de Fischer-Tropsch- Diesel de alto nmero de cetano y de baja contaminacin ambiental encuentra hoy en da un perfecto ambiente de mercado. Eso va a asegurar una buena posicin para el gas natural en los mercados. En los pases desarrollados permite aumentar los futuros suministros de hidrocarbono lquido en vista del eventual aumento de costo del petrleo crudo. De este modo se dispondr de una alternativa ante el dominio de los futuros suministros de energa de la OPEC. El proceso consiste en hacer interactuar el gas natural en una reaccin qumica de la que se obtiene un gas derivado de CO y H2. A partir de ah, empleando el proceso Fischer-Tropsch se aade agua a la reaccin anterior de tal forma que se forma cadenas de molculas de parafina y olefina mediante un proceso de crecimiento en cadena. Esto es importante por el hecho de que la Gasolina se forma con molculas de parfinica con una decena de tomos de carbono y el Diesel con molculas de parfinica con una veintena de tomos de carbono. Para convertir el gas natural en lquido, se enfra el gas tratado hasta aproximadamente -161 C, que es la temperatura a la cual el metano su componente principal se convierte a forma lquida. El proceso de licuefaccin es similar al de refrigeracin comn: se reduce la presin de los gases refrigerantes produciendo lquidos fros, tales como propano, etano / etileno, metano, nitrgeno o mezclas de ellos, que luego se evaporan a medida que intercambian calor con la corriente de gas natural. De este modo, el gas natural se enfra hasta el punto en que se convierte en lquido. Una vez que el gas ha sido licuado se somete a un proceso de Joule Thompson o expansin con extraccin de trabajo para poderlo almacenar a presin atmosfrica. El GNL producido se almacena en tanques especiales para ser luego transferido a buques tanques especiales de transporte. Econmicamente se manifiesta debido a que el gas natural se transporta generalmente utilizando gasoductos pero, para grandes distancias es ms rentable usar buques. Para transportarlo as es necesario licuarlo, dado que a la temperatura ambiente y a la presin atmosfrica ocupa un volumen considerable. El proceso de licuefaccin reduce el volumen del gas natural 600 veces con respecto a su volumen original. Aproximadamente la mitad de las reservas de hidrocarburos conocidas hoy son yacimientos de gas natural. Con frecuencia se encuentran ubicadas en regiones con

poca demanda de gas. Sin embargo, al licuarlo puede transportarse con total seguridad hasta su mercado de destino de manera similar al petrleo crudo. Va | Nueva Fuente de Combustibles Limpios Ms Informacin | Gas Natural Licuado Ms Informacin | Conversin de Gas Natural a Licuado Genciencia | El Gas Natural a Escena Genciencia | Ciclo de Hidrocarburoshttp://www.xatakaciencia.com/medio-ambiente/proceso-fischer-tropsch-o-como-transformar-gas-aliquido

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El proceso Fischer-Tropsch es un mtodo mediante el cual se obtienen combustibles lquidos tales como gas oil, gasolina, queroseno etc. a partir de monxido de carbono e hidrgeno gaseosos. Este procedimiento fue ideado por los qumicos alemanes Hans Tropsch y Franz Fischer, en el entorno del ao 1920. Unos aos ms tarde, este proceso fue muy importante en Alemania, ya que debido al desencadenamiento de la Segunda Guerra Mundial, conseguir petrleo o sus derivados se torn muy difcil para este pas, y por el contrario, el carbn era muy abundante, de manera que se pudo obtener el CO a partir del carbn (a travs de un procedimiento llamado gasificacin) y mediante el proceso Fischer Tropsch, sintetizar hidrocarburos. El proceso Fischer Tropsch tambin fue muy usado en Sudfrica, en los aos 1950, cuando este pas sufri escasez de petrleo debido al boicot internacional. En este pas tambin existen grandes cantidades de carbn, que fueron aprovechadas para sintetizar combustibles con este procedimiento. Las plantas sintetizadoras de combustibles mediante proceso FT estn funcionando actualmente en este pas, produciendo el 41% del combustible consumido por automotores. Las reacciones que suceden en este proceso son las siguientes: Para producir parafinas:

Para producir olefinas:

Ambas son reacciones que liberan gran cantidad de calor, es decir, son altamente exotrmicas. Tambin ocurren algunas reacciones paralelas, no deseadas como: Formacin de metano:

Formacin de alcoholes:

Formacin de carbono slido:

El procedimiento Fischer Tropsch se realiza bajo condiciones de alta temperatura y presin, para aumentar el rendimiento del proceso. La reaccin se acelera mediante catalizadores de hierro o cobalto. Las principales reacciones del procedimiento tienen varias etapas, que incluyen al principio al adsorcin de monxido de carbono sobre el catalizador, luego el comienzo de la polimerizacin al formarse un grupo metilo, y ms tarde la polimerizacin para obtener el hidrocarburo. Las ventajas de este proceso consisten en la baja proporcin de azufre encontrada en el gas oil obtenido a travs del proceso FT (lo cual es favorable para el medio ambiente) y el alto contenido de cetano, que se debe a su baja proporcin de compuestos aromticos. Sin embargo, los mismos productos obtenidos con el proceso FT, tambin puedes obtenerse de manera ms simple a partir del refinamiento de petrleo. Las plantas necesarias para realizar el proceso FT tienen un alto costo de instalacin, y adems tienen un impacto negativo sobre el medio ambiente, dado que la emisin de CO2 en este tipo de plantas es muy alta, casi el doble de lo emanado en una planta de refinamiento de petrleo. De modo que la utilizacin del proceso FT slo tiene cuando el petrleo es caro o escaso y se cuenta con una gran fuente de carbn o gas natural. Una de las ventajas para los pases que deciden obtener combustibles mediante esa va, es la independencia energtica respecto de los pases ricos en petrleo. En contrapartida, habra que considerar el efecto negativo ambiental. Existe otro procedimiento mediante el cual se pueden obtener hidrocarburos lquidos a partir de CO e hidrgeno, y es la licuefaccin directa del carbn, proceso que tiene aproximadamente las mismas ventajas y desventajas que el proceso FT.

http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/proceso-fischer-tropsch

2.16 PROCESO DE FISCHER-TROPSCHEs la sntesis de hidrocarburos y, en menor grado, de compuestos alifticos oxigenados por la hidrogenacin cataltica de monxido de carbono. La sntesis fue descubierta en 1923 por F. Fischer y H. Tropsch en el Instituto Kaiser Wilhelm para Coal Research en Mlheim, Alemania. La reaccin es altamente exotrmica, y el reactor debe ser diseado para la remocin adecuada de calor para controlar la temperatura y evitar el deterioro del catalizador y la formacin de carbn. El azufre contenido en el gas de sntesis debe ser sumamente bajo para evitar envenenar el catalizador. La primera planta comercial se construy en Alemania en 1935 con catalizador de cobalto, y en los inicios de la Segunda Guerra Mundial hubo seis plantas en Alemania produciendo ms de 4,000,000 bbl (6,000,000 m3) por ao de productos principales. Ms tarde, los catalizadores de hierro reemplazaron al cobalto. Despus de la Segunda Guerra Mundial, investigacin considerable fue conducida en los Estados Unidos sobre los catalizadores de hierro. Una planta comercial fue levantada en Brownsville, Tejas, en 1948, la cual us una cama fluidizada pulverizada con promotor de potasa. Debido a que el aceite sinttico no fue competitivo con petrleo, la planta fue cerrada dentro de unos pocos aos. Las plantas de Fischer-Tropsch que se construyeron en frica del Sur (SASOL) han producido gasolina, ceras, y alifticos oxigenados. Las plantas SASOL gasifican carbn barato en generadores Lurgi a presin elevada. Despus de la purificacin, el gas es enviado al separador de slidos y luego a los reactores de sntesis de cama fija conteniendo catalizadores de hierro. Ver tambin: Gasificacin del carbn; Licuefaccin del Carbn 2.16.1 Metanacin En los aos desde 1960, el inters ha crecido en los Estados Unidos en la metanacin cataltica para producir gas de alto-Btu a partir de carbn. El gas de sntesis conteniendo tres volmenes de hidrgeno por un volumen de monxido de carbono es reaccionado principalmente a metano y agua, como se muestra en las reacciones (1).

(2n + 1)H2 + nCO CnH2n+2 + nH2OCo como catalizador

(n + 1)H2 + 2nCO CnH2n+2 + nCO2Fe como catalizador

(1)

Los catalizadores de nquel, descubiertos primeros por P. Sabatier y J. B. Senderens en 1902, son catalizadores importantes para la metanacin. Los catalizadores activos precipitados y los catalizadores de nquel Raney fueron desarrollados, y la "Bureau of Mines" desarroll una tcnica para aplicar una capa delgada de nquel Raney en

platos y tubos por llama rociando el polvo. Esto permiti de reactores eficientes con reciclo de gas pared de tubos. 2.12.2 Reacciones Las reacciones tpicas de Fischer-Tropsch para la sntesis de parafinas, olefinas, y alcoholes son las reacciones (1) , (2) , y (3) , respectivamente.

2nH2 + nCO CnH2 + nH2OCo como catalizador

nH2 + 2nCO CnH2n + nCO2Fe como catalizador

(2)

2nH2 + nCO CnH2n+1OH + (n-1)H2OCo como catalizador

(n+1)H2 + (2n-1)CO CnH2n+1OH + (n-1)CO2Fe como catalizador

(3)

En la primera reaccin los dos catalizadores de cobalto y hierro producen vapor, el cual posteriormente reacciona sobre catalizador de hierro con monxido de carbono para para dar hidrgeno y dixido de carbono. Sobre catalizadores de cobalto, a temperaturas de sntesis (alrededor de 392F o 200C), la reaccin H2O + CO = CO2 + H2 es mucho menor que sobre catalizador de hierro a temperatura de sntesis de (482-617F, o 250-320C). Todas stas reacciones de sntesis son exotrmicas, rindiendo 37-51 kilocalorias/mol (160-210 kilojoules/mol) de carbn en los productos o 4700- 6100 Btu/lb de producto (11,000-14,000 kilojoules/ kg). Los hidrocarburos formados en presencia del catalizador de hierro contienen ms olefinas que aquellos formados en sistemas con catalizador de cobalto. Los productos de ambos catalizadores son alifticos mayormente de cadenas abiertas rectas; la bifurcacin es alrededor de 10% para C4, 19% para C5, 21% para C6, y 34% para C7. Aromticos aparecen en pequeas cantidades en los C7 y en grandes cantidades en fracciones de alto punto de ebullicin.

Fig 1. Proceso de Fischer - Tropsch

Fig2. Planta para obtener Petrleo a partir de carbnhttp://www.plantasquimicas.com/Procesunit/fishertrosp.htm