Nieuws

Prof.dr.ir. Swan Tiong Sie (1931), grondlegger Hycon-technologie en GTL-proces

Swan Tiong Sie heeft aan de basis gestaan van twee innovaties. Hij is binnen Shell bekend als ‘vader’ van de Hycon-technologie: productie van lichte brandstoffen uit stookolie door toevoeging van waterstof (Hycon: hydro conversion), en daarnaast van het GTL-proces (gas to liquids), omzetting van aardgas in schone vloeibare brandstoffen. Het verbindende element tussen beide is de katalytische procestechnologie.

De Hycon-installatie op de raffinaderij Pernis is in 1989 in bedrijf genomen. Hiermee was een investering gemoeid van 1,2 miljard gulden, en nog eens zo’n bedrag voor inpassing van de Hycon in de raffinaderij. Daarmee was het voortbestaan van Pernis verzekerd, want het werd steeds moeilijker zwavelhoudende stookolie af te zetten. Shell heeft sinds 1993 in Maleisië een GTL-fabriek met een capaciteit van, nu nog, 12.500 vaten per dag. Begin dit jaar heeft het olieconcern aangekondigd in Qatar een ruim tien keer grotere GTL-installatie te gaan bouwen; een investering van vijf miljard dollar, de grootste van Shell in de afgelopen jaren. Het bedrijf speelt hiermee in op de toenemende vraag naar schone diesel en kerosine.

Het Hycon-proces ontdoet met behulp van een katalysator en onder toevoeging van waterstof zware, residuale oliën (stookolie of asfalt) van metalen en zwavel, en zet het om in lichtere producten. Deze worden vervolgens verder verwerkt in de raffinaderij.

 

Opofferend deel

Het verwerken van zware stookolie vereist een katalysator die in staat is zijn werk te doen in aanwezigheid van sterk vergiftigende componenten – metalen zoals nikkel en vanadium die in de voeding aanwezig zijn. Deze slaan neer op de katalysator en maken deze binnen enkele honderden uren inactief.

Sie zocht de oplossing in het zodanig ontwerpen van de katalysator dat deze de vergiften opslaat in een zich opofferend deel. Het andere deel wordt daardoor beschermd en blijft actief. Dat ‘spel’ kan heel precies worden ingesteld door de poriënstructuur van de katalysator te variëren.

Daarnaast is de verdeling actief/opofferend ook in de reactor doorgevoerd. De afzetting van metalen vindt dan plaats in één deel van de reactor, terwijl het andere deel actief blijft.

Dit principe is voor het eerst in 1976 met succes toegepast in een met olieresiduen gevoede commerciële fabriek in Japan. De Hycon in Pernis is een geavanceerde versie van de Japanse installatie, voorzien van een ‘bewegend bed’ om afgewerkte korrels katalysator te verwijderen en nieuwe toe te voegen. De Hycon-installatie (capaciteit

4000 ton per dag) kan ook ‘zwaardere’ voedingen aan, met een veel hoger metaalgehalte. Was de Japanse reactor hoofdzakelijk bedoeld om zwavel uit stookolie te halen, bij de Hycon ligt het accent op omzetting van zware voeding in lichtere producten.

Eind jaren zeventig werden grote aardgasvoorraden ontdekt, maar vaak op ver van de gebruikersmarkten verwijderde plaatsen. Om het te transporteren en op te slaan moest het met geweldige koelmachines vloeibaar worden gemaakt. Dit werd destijds echter als probleem gezien, met name vanwege de veiligheid van LNG-tankers.

Bij het Koninklijke Shell Laboratorium Amsterdam (KSLA) stimuleerde dit probleem het denken over de synthese (chemisch: opbouw van verbindingen uit hun elementen of uit eenvoudiger stoffen) van vloeibare brandstoffen uit aardgas (methaan rijk aan waterstof). Die brandstoffen passen uitstekend binnen de bestaande infrastructuur en in de groeiende vraag naar kerosine en diesel, producten die gebaat zijn bij een hoog waterstofgehalte. (Benzine bevat vanwege de noodzakelijke klopvastheid veel aromaten en heeft dus een laag waterstofgehalte.)

Dit ‘gas-to-liquids’ proces bestaat uit drie stappen. Het begint met vergassing, de omzetting van aardgas in synthesegas. Aardgas wordt met een ondermaat zuurstof verbrand, waardoor een mengsel van koolmonoxide en waterstof in bijna de juiste verhouding ontstaat. Dit wordt aangevuld met een kleine hoeveelheid waterstof om de juiste verhouding tussen CO en H2 te krijgen.

Stap twee is de koolwaterstofsynthese, een katalytisch proces waarbij uit het synthesegas lange koolwaterstofketens ontstaan. Dit is een unieke Shelltechnologie, gebaseerd op het Fischer-Tropsch-proces.

Stap drie, conversie, maakt eveneens gebruik van katalysatoren en lijkt op het proces van hydrocracking in een raffinaderij. De lange paraffineketens worden ‘geknipt’ in kortere ketens die elk een specifiek olieproduct opleveren, waaronder grondstoffen voor smeerolie, diesel en nafta (ruwe benzine).

 

Extra stap

Een probleem daarbij was de om economische redenen noodzakelijke verhoging van de katalysator-activiteit. Die verhoging lukte het best als er een vast, wasachtig product ontstond, maar dat was uiteraard niet de opzet. Met een extra katalytische stap kon de was echter worden omgezet in diesel en kerosine.

Die stap was relatief goedkoop, en de voordelen (met name de hogere opbrengst aan gewenste producten) wogen ruimschoots op tegen de toegenomen complexiteit van het proces.

De daaruit gemaakte producten waren van bijzonder goede kwaliteit. Ze bevatten geen stikstof, zwavel en aromaten. Sie: ‘Het was pure koolwaterstof, heel milieuvriendelijk, en uit een oogpunt van verbranding in de auto een ideale brandstof. Een expert van Daimler Benz formuleerde in die tijd de ideale dieselbrandstof. Hij beschreef exact ons product.’

De diesel uit de fabriek bij Bintulu in Maleisië wordt toegevoegd aan gewone diesel, voor toepassing in stedelijke gebieden met sterke luchtverontreiniging, zoals Los Angeles en Bangkok. Het is nog geen algemeen gangbaar product, vanwege de kleine geproduceerde hoeveelheden: nu nog 12.500, binnenkort op te voeren naar 14.700 vaten van 159 liter per dag.

Er zijn nog enkele problemen met de brandstof in zuivere vorm. De dichtheid is iets lager dan gebruikelijk. Dit beïnvloedt de– zeer kritische– inspuiting in de motor. Shell en Toyota hebben onlangs aangekondigd een dieselauto, Avensis D-Cat, te ontwikkelen die de brandstof ook in zuivere vorm kan verwerken.

 

450 Voetbalvelden

Begin dit jaar heeft Shell besloten tot de bouw van een GTL-fabriek in Qatar, met een capaciteit van 140.000 vaten per dag, die in 2008 in bedrijf moet gaan. Deze fabriek verwerkt aardgas uit een offshore-veld tien keer groter

dan het oorspronkelijke Slochteren. De afmetingen van de installatie zijn enorm: 1,6 bij 1,4 kilometer, ofwel 450 voetbalvelden. Dit project vraagt een investering van vijf miljard dollar.

 

IJzerdeeltjes

Zowel de Hycon-installatie op Pernis als de GTL-fabriek in Maleisië hebben aanzienlijke aanloopproblemen gehad. Vanwege voornamelijk mechanische problemen heeft de Hycon korte tijd na in bedrijfname enkele jaren stil gestaan. Eén van de problemen betrof het neerslaan van ijzerdeeltjes, afkomstig uit het waswater voor ontzouting van de ruwe olie, op de katalysator. Dat leidde tot aan elkaar klonteren van katalysatordeeltjes en verstopping van de reactor. Dit had zich in het lab niet voorgedaan omdat daar geen ijzerhoudend waswater werd gebruikt. De oplossing bestond uit beperking van de hoeveelheid ijzerdeeltjes in de voeding, onder andere door het ijzerhoudende water langs andere weg af te voeren. Sindsdien loopt de Hycon ‘als een naaimachine’, aldus Shell.

Bij de fabriek in Bintulu, Maleisië, deed zich kort na het opstarten in 1993 een ontploffing voor in de zuurstoffabriek. Daarbij vielen twaalf gewonden. Oorzaak waren enorme bosbranden in Indonesië. De daarmee gepaard gaande rook bevatte organisch materiaal, dat als stof in de lucht zat. Deze stofdeeltjes kwamen in aanraking met vloeibaar zuurstof uit de zuurstoffabriek. De reactie van stofdeeltjes met zuivere zuurstof leidde tot ongewenste verbranding en temperatuurverhoging. Daar was de uit aluminium opgetrokken installatie niet tegen bestand. Het herstel van de fabriek heeft enkele jaren geduurd. Sindsdien verloopt de productie naar wens.

 

Hoogleraar

Swan Tiong Sie is van 1961 tot 1991 in dienst geweest van het Shell-laboratorium in Amsterdam. In dat laatste jaar is hij met pensioen gegaan en kreeg hij een koninklijke onderscheiding mede vanwege zijn wetenschappelijke prestaties. In 1991 werd hij ook benoemd tot hoogleraar in Delft, waar hij tot 1996 heeft gedoceerd.

Deel deze pagina

Maritiem Nederland

Maritiem Nederland is een magazine, website en nieuwsbrief met alle relevante en interessante ontwikkelingen binnen het maritieme cluster. Met interviews, opmerkelijke reportages, portretten en columns.
Meer informatie over Maritiem Nederland

Damen

Gratis proefabonnement TW

Bestel nu GRATIS 2 proefnummers TW

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je nu aan!

Vision & Robotics

Vision & Robotics is hét onafhankelijke vakblad voor machinebouwers, system integrators en eindgebruikers van productielijnen in de maak- en agro-/foodindustrie. 

Graag meer lezen over onderwerpen zoals robotica, sensoren, kunstmatige intellegentie en nog veel meer klik hier

Vision & Robotics heeft ook een nieuwsbrief! klik hier om je in te schrijven.

TW online gratis voor jongeren

TW Investeert in technisch onderwijs

Leerlingen tot 18 jaar lezen gratis TW. Meld je aan en ontvang 24 online edities per jaar geheel gratis!

Naar boven