SHELL TECHNOLOGY CENTRE AMSTERDAM
Broedplaats voor gas-to-liquids procestechnologie
De in Nederland gewortelde multinational Royal Dutch Shell nodigde een tijd terug een internationaal gezelschap uit voor het Shell Technology Forum in het Shell Technology Centre Amsterdam. De bijeenkomst maakte duidelijk deel uit van de strategie van het bedrijf om meer nadruk te leggen op zijn 'downstream'-activiteiten, de verwerking en bewerking van grondstoffen en de distributie van eindproducten naar de markt.
Een belangrijk deel van de bijeenkomst ging over 'lubricants', smeeroliën en wat er te winnen is voor eindgebruikers en voor samenwerkende ecosystemen van bedrijven in de waardeketen. Een ander deel van het evenement was speciaal ingericht om kennis te maken met de ontwikkeling van 'GTL', Gas-To-Liquids technologie, het verwerken van aardgas tot vloeistof voor verschillende applicaties. Driver voor de voortdurende ontwikkeling van de procestechnologie is de race naar minder schadelijke uitstoot bij het gebruik van de eindproducten.
De Gas-To-Liquids technologie, waarin Shell claimt pionier te zijn, is gebaseerd op de Fischer-Tropsch synthese. Een dergelijk proces maakt het mogelijk om koolwaterstofproducten te maken uit aardgas. In dit proces worden korte aardgasmoleculen afgebroken en gecontroleerd gesynthetiseerd, 'geknipt en geplakt' tot langere uniforme moleculen. De moleculen die het oplevert, hebben een grotere consistentie en uniformiteit dan die resulterend uit het conventionele raffinageproces uit ruwe aardolie. Het proces levert een alternatieve dieselbrandstof op die schoner verbrandt, met minder uitstoot en zonder schadelijke componenten als zwavel, metalen of aromaten.
FISCHER-TROPSCH SYNTHESE
Constant Guédon, Researcher Advanced Catalyst Analysis STCA (Shell)
De Duitse wetenschappers Fischer en Tropsch ontwikkelden hun synthese methodiek in de jaren 20 van de vorige eeuw. Constant Guédon was tot voor kort 'researcher gasconversion' en sinds kort 'researcher advanced catalyst analysis' in het STCA.
“Bij Shell Amsterdam is men in 1973 gestart met de ontwikkeling van Fischer-Tropsch synthese voor GTL."
Inderdaad, het was de periode van de grote oliecrisis. In 1983 was de pilot in Amsterdam zover dat de productie in Maleisië gestart kon worden. Sindsdien gaan het onderzoek en de ontwikkeling voortdurend door. “We werken voortdurend aan onderzoek naar en ontwikkeling van betere katalysatoren. Daar kunnen we nog grote stappen voorwaarts in zetten."
Als jonge wetenschapper blijkt Guédon goed op de hoogte te zijn van nieuwe ontwikkelingen, zoals die van het jonge Delftse bedrijf VSParticles, met zijn nanotechnologie die het effect van de daarop gebaseerde katalysatoren voorspelbaar maakt en dus de ontwikkeling van nieuwe procestechnologie veel sneller en eenvoudiger.
“Ja, dat komt wel, maar er is nog veel validatie nodig", reageert Guédon. Het is werkelijk indrukwekkend om te zien. Tien grote en vijf kleinere testinstallaties draaien er in het lab in Amsterdam. Er is flink in geïnvesteerd, maar ze gaan best een poosje mee. En vanzelfsprekend vinden er updates en upgrades plaats. Instrumentatiefirma's die hierbij worden betrokken, zijn o.a. Bronkhorst, Panalytical en Swageloc.
Constant Guédon: “We testen hier de katalysatoren in het proces. Hoe selectief werken ze, hoe actief zijn ze, hoelang gaan ze mee?"
“We testen hier de katalysatoren in het proces. Hoe selectief werken ze, hoe actief zijn ze, hoelang gaan ze mee?" Dat is het werk van Constant Guédon en zijn collega's. Overigens heeft het Amsterdamse lab inmiddels in veertig jaar tijd 3.500 patenten opgeleverd.
Fischer-Tropsch (FT) synthese
In de (exotherme) FT-reactie reageert één CO met twee H2 tot een CH2-ketenverlenging (1). Een verhouding van H2/CO ≥2 is nodig en de zuurstof komt vrij als H2O. Lagere verhoudingen kunnen aangepast worden in de reactor met de Water-Gas Shift reactie (3). In dat geval is een verhouding van H2/CO = 0,7 noodzakelijk en komt de zuurstof vrij als CO2 (2).
Synthesereacties van benzine en diesel:
CO + 2 H2 ⇒ CH2- + H2O (1)
2 CO + H2 ⇒ CH2- + CO2 (2)
Water-Gas Shift (WGS) reactie:
CO + H2O ⇒ CO2 + H2 (3)
Katalysatoren voor de FT-synthese zijn ijzer (Fe) en kobalt (Co). Ter vergelijking: Co-katalysatoren geven (1), hebben een hogere omzettingssnelheid, een langere levensduur, en zijn reactiever, terwijl Fe-katalysatoren (2) geven, WGS-activiteit hebben, een hogere tolerantie voor verontreinigingen (als zwavel) hebben en goedkoper zijn.
Bron: Harold Boerrigter in zijn ECN-publicatie 'Productie van 'Groene' Diesel uit Biomassa & Afval met het Fischer-Tropsch Proces'
SHELL PRODUCTIEPLANTS
Het werk dat in Amsterdam wordt gedaan, is uitsluitend beschikbaar voor Shell productieplants. De katalysatoren worden niet verkocht aan derden. Maleisië en Qatar zijn de GTL-productievestigingen. Op beide locaties vindt het proces plaats onder exact dezelfde omstandigheden als in de pilots in Amsterdam. Verbeteringen zijn dus snel en efficiënt door te voeren.
De Maleisië plant draait sinds 1993 en de verreweg grootste GTL-productiefaciliteit ter wereld is de Pearl raffinaderij in Qatar, meteen naast de plek waar het gas wordt gewonnen. De site beslaat een oppervlakte vergelijkbaar met 35 voetbalvelden en heeft sinds 2011 een capaciteit van 260.000 barrels aan producten per dag. De productieflow gaat in drie stappen. Eerst is er de vergassing tot methaan en zuurstof. Dan is er het syntheseproces met katalyse tot koolwaterstof en ten slotte het raffinageproductieproces.
“In Qatar betekent dat recycling van water op een schaal van 45.000 m³ per dag, en dat midden in de woestijn", schets Daniel Arteaga, R&D project lead and process engineer binnen Shell. Desgevraagd vertelt hij dat Shell de enige 'technology provider' ter wereld is die GTL op deze schaal kan realiseren. Er zijn wel andere bedrijven die aan GTL-productie doen, zoals Sasol, maar dan via een andere technologie en op een minder grote schaal.
BLIJVEN WERKEN AAN BETERE PROCESTECHNOLOGIE
De boodschap is helder. Hoe hard er ook gewerkt wordt om de wereld volledig onafhankelijk te maken van fossiele brandstoffen, de schaal waarop er nu vraag is en geproduceerd wordt, is zodanig groot dat het zwaar de moeite loont om te blijven werken aan betere procestechnologie. Nederland is en blijft een belangrijke hotspot in een dergelijke technologieontwikkeling. En de basis voor een toekomst waarin dergelijke processen gevoed worden met biologische feedstock, ligt er dus ook. Dat Shell, als bedrijf gevoelig voor concurrentie en publieke opinie, nu meer inzicht geeft in zijn interne processen, is voor iedereen goed, zeker voor alle bestaande en potentiële ecosysteempartners in de waardeketen.
STCA IN CIJFERS
In 1914, ruim honderd jaar geleden, werd het Laboratorium van de Bataafsche Petroleum Maatschappij Amsterdam (LBPMA) gevestigd op het terrein van de Dordtsche Petroleum Maatschappij, een onderdeel van de Koninklijke Shell groep en The Shell Transport and Trading Company. Het lab startte toen met negen mensen. Het huidige Shell Technology Centre Amsterdam (STCA) werd in 2009 geopend door toenmalige kroonprins Willem- Alexander. Meer dan duizend researchers en ondersteunende medewerkers in het 'megalab' hebben ongeveer een miljoen euro per dag aan researchbudget beschikbaar.
Naast het STCA beschikt Shell over nog twee grote R&D-labs elders in de wereld: Shell Technology Centre Houston (USA) en Shell Technology Centre Bangalore (India). Het Amsterdamse lab beschikt over 80.000 m² vloeroppervlak en telt 900 technische R&D-installaties. Dit jaar wordt de uitbreiding van de faciliteiten met nog eens 8.500 m² opgeleverd, een speciale vleugel voor research naar de terugwinning van koolwaterstoffen.
