Elektrisch nafta kraken met de Rotodynamische reactor
Nafta elektrisch kraken is de manier om de kooldioxideproductie in de petrochemische industrie te verlagen. Op de Brightlands Chemelot campus in Geleen is een eerste Finse proeffabriek gebouwd.
Tijdens het kraken van nafta ontstaan etheen en propeen en restproducten zoals benzeen, butadieen en benzine. Hierbij is vooral de etheen belangrijk voor de productie van polyetheen. Kraken van nafta gebeurt nu met stoom van 850 °C en kost daarom veel energie die nu nog afkomstig is van fossiele brandstoffen. Om dit te veranderen ontwikkelde het Finse bedrijf Coolbrook de Rotodynamische reactor (zie figuur 1) die ook wel de elektrisch aangedreven RDR e-cracker wordt genoemd [1]. Bij een traditionele naftakraker wordt de nafta via de wanden verwamd, waardoor de hele installatie moet worden verwarmd. Bij de Rotodynamische reactor wordt echter alleen de nafta verwarmd. Hierdoor wordt er minder energie verspild, die bovendien afkomstig kan zijn uit wind- en zonne-energie (zie figuur 2).
Het proces zou de CO2-uitstoot met 100% reduceren, 30% minder energie verbruiken en daardoor 60% meer winst opleveren
werkingsprincipe Rotodynamische reactor
Een rotor in de reactor (zie figuur 1) versnelt met schoepen het gasvormige nafta tot boven de geluidssnelheid [2]. De supersone schokgolf die dan ontstaat, zorgt voor de omzetting van kinetische energie in warmte. Bij elke passage langs de rotor stijgt de temperatuur met 80 tot 100 °C. Na tien passages is de nafta heet genoeg voor het kraakproces.
kortere reactie
De kraker van Coolbrook heeft meer voordelen dan alleen fossiele energie vervangen door elektrisch opgewekte rotatie-energie. Er wordt twintig procent meer etheen met dezelfde hoeveelheid nafta gemaakt als bij een traditionele kraker. Hierdoor kan er ook twintig procent meer polyetheen worden gemaakt uit dezelfde hoeveelheid nafta. Dit komt omdat het proces bij een hogere temperatuur verloopt (950 °C) en daardoor efficiënter verloopt met een veel kortere reactietijd van 60 milliseconde tegenover 200 tot 500 milliseconde in een traditionele kraker.
de voordelen
De Rotodynamische reactor gebruikt dertig procent minder energie die bovendien zonder kooldioxide-uitstoot kan zijn en verhoogt de etheenproductie met twintig procent, waardoor de winst met zestig procent kan stijgen [1]. De Rotodynamische reactor heeft de potentie om de nieuwe industriële standaard te worden in de olefineproductie.
de proeffabriek
In Finland toonde Coolbrook het proof-of-principle aan. Met een investering van 12 miljoen euro bouwt het bedrijf een proeffabriek die vanaf 2021 ongeveer 500 kg nafta per uur gaat verwerken. De proeffabriek komt op de Brightlands Chemelot in Geleen. De proeffabriek moet antwoord geven op vragen als de roetvorming, die bij alle kraakprocessen van belang is. Verwacht wordt dat de Rotodynamische reactor minder roet vormt. Het is verder van belang om de operationele aspecten van de Rotodynamische reactor te achterhalen in de proeffabriek. Op de website van Coolbrook staat een interessante video met onder andere de werking van de Rotodynamische reactor [1].
Consortium
Coolbrook is niet de enige die elektrische naftakrakers onderzoekt. In Duitsland werkt BASF aan een traditionele, maar elektrisch verwarmde kraker. De noodzaak tot meer milieuvriendelijke productietechnieken dreef de belangrijkste exploitanten van naftakrakers in elkaars armen. Onder leiding van de Brightlands Chemelot Campus, richtten BASF, Borealis, BP, LyondellBasell, Sabic en Total het Cracker of The Future Consortium op.
De zes bedrijven willen gezamenlijk uitzoeken welke technieken het best geschikt zijn om ‘naftakraken’ te verduurzamen. Vanwege afspraken rondom intellectuele eigendommen, wil het consortium nog niet inhoudelijk ingaan op zijn plannen. Omdat Coolbrook en het consortium de locatie in Geleen delen, gaan ze elkaar ongetwijfeld vinden.
Referenties
[1] www.coolbrook.com
[2] www.c2w.nl/artikelen/chemie-categorie/elektrisch-kraken-spaart-milieu
