Tüpraş ve AB Projesi: MACBETH (Ekonomik ve Teknolojik Engellerin Ötesindeki Membranlar ve Katalizörler)
Proses endüstrisinde rafineri prosesleri enerji ve kaynak tüketimine en çok ihtiyaç duyan proseslerdir. Avrupa’nın temiz ve yaşanabilir bir çevre hedefine ulaşmasına katkıda bulunmak amacıyla, geniş alanda uygulanabilecek yenilikçi proseslerin rafineri proses zincirine etkili bir şekilde entegre edilmesine ihtiyaç vardır.
Bu, operasyon maliyetlerini düşürerek Avrupa proses endüstrisinin rekabet gücünü önemli ölçüde artıracaktır. MACBETH konsorsiyumu, katalitik sentez ve buna eşlik eden ayırma ünitelerinin entegrasyonunu tek, özel yapım, verimli bir katalitik membran reaktöründe (CMR) birleştirerek çığır açan bir teknolojik ilerleme sunmaktadır.
Katalitik prosesler ve membran teknolojilerinde farklı uzmanlık ve yeteneklere sahip 27 partner, geliştirilen teknolojiyi kimya endüstrisinin diğer sektörlerine aktarabilmek için ilk kez MACBETH projesinde bir araya gelmiştir.
MACBETH konsorsiyumu, katalitik sentez adımını özel olarak tasarlanmış bir membran ile gerçekleşecek yüksek verimli ayırma adımıyla birleştirmektedir. Daha önce AB tarafından finanse edilen ROMEO, BIONICO ve CARENA projeleri ile diğer temel gelişmeler, CMR (katalitik membran reaktör) için aşağıdaki prosesleri beşinci teknoloji seviyesinde (TRL-5)
göstererek güçlü bir temel oluşturmuştur.
i) Hidroformülasyon (HYFO),
ii) Hidrojen üretimi (H2),
iii) Propan dehidrojenasyonu (PDH).
Bu konsorsiyumun üyeleri, CMR teknolojisini TRL 6/7 seviyesine getirmek ve üç yeni teknolojinin ticarileştirilmesine yönelik ilerlemenin temelini oluşturmak için MACBETH projesinde birlikte çalışmaktadır. Ayrıca, yukarıda bahsedilen bu üç başarılı Avrupa Birliği projesinden elde edilen bilgi ve deneyimler, katalitik sentezden sonra ayırma gerektiren,
proses endüstrisinin neredeyse her sektöründe geniş çapta uygulanabilen özel hazırlanmış CMR çözümlerinin temelini oluşturmaktadır.
Ayrıca, kullanım düzeyini göstermek amacıyla MACBETH, CMR teknolojisini, biyoteknolojik reaksiyonlarda bakteri veya enzimleri özel katalizör formları olarak kullanan biyoteknoloji alanına da genişletmektedir. Bu alanda, yağ asitlerinin seçici enzimatik bölünmesi özellikle yüksek ticari ilgiye sahiptir. Biyo-katalitik yağ parçalanmasına (BOC) yönelik demo tesisi kullanılarak CMR teknolojisinin biyoteknolojide ticari uygulanabilirliği ilk kez sergilenecektir.
Olefinlerin ve sentez gazının aldehitlere dönüştürülmesi, hidroformülasyon olarak bilinen ve kimya endüstrisinde özel kimyasalların üretiminde kullanılan önemli bir reaksiyondur. Hidroformülasyon (HYFO) reaksiyon teknolojisi aşağıdakilerin optimizasyonuna odaklanır:
i) Katalitik sistemin verimli kullanılması için katalizör destek malzemesinin çeşidi ve yapısı,
ii) Verimi ve seçiciliği artıran katalitik sistem,
iii) Ayırma verimliliği ve geçirgen akış için polimerik membran,
iv) Operasyon koşulları.
HYFO demo operasyonu endüstriyel ölçekli koşullar altında gerçekleştirilmek üzere Evonik’in Marl tesisindeki geleneksel hidroformülasyon üretim tesisinde gerçekleştirilecektir.
MACBETH’te kullanılan H2 teknolojisinde, doğal gaz veya biyogaz, metan ile tek bir reaktörde reformlanmakta ve H2 ayrımını sağlayan CMR entegrasyonu ile çok daha düşük bir sıcaklıkta H2 üretebilmektedir. Bu, genel proses verimliliğini biyogaz için %59’dan %70’in üzerine çıkarmakta ve proseste bulunan ünitelerin sayısı ve hacimlerin azaltılması ile maliyet verimliliğini arttırmaktadır.
Projenin diğer bir çalışma alanı olan propandan propilen üretimi farklı kimya sektörleri için önemli bir prosesdir. Propilen; polipropilen, akrolein, aseton ve poliakrilonitril gibi yaygın olarak kullanılan kimyasalların üretiminde kullanılmaktadır. Propilen konvansiyonel olarak etilen üretiminin bir yan ürünü olarak ve petrol türevi naftanın parçalanması sonucunda elde edilmektedir.
Artan propilen talebine karşılık yeterli tedariğin sağlanması için alternatif üretim prosesine
de ihtiyaç duyulmaktadır. Katalitik propan dehidrojenasyonu (PDH), artan küresel talep ile mevcut üretim kapasitesi arasındaki farkı kapatmak için katalitik kırınım reaksiyonlarına göre uygun maliyetli bir alternatiftir.
MACHBETH projesinde geliştirilen yenilikçi katalizör ile yüksek propilen seçiciliği ve yüksek
propan dönüşümü sağlanırken katalizör deaktivasyonu azaltılmaktadır. Yenilikçi katalizör kullanılarak oluşturulan operasyon şartları daha az katalizör rejenerasyonu gerektirmekte ve bu da daha uzun katalizör ömrü sağlamaktadır.
Ek olarak propilen seçiciliğinin iyileştirilmesi, yan ürünleri önemli ölçüde azaltmakta ve tesis karlılığını artırmaktadır. Türkiye Petrol Rafinerileri A.Ş. (Tüpraş), dört rafinerisi (İzmit, İzmir, Kırıkkale, Batman) ile 60 yılı aşkın süredir Türkiye’nin lider petrol şirketi olarak Türkiye’nin enerjisini sağlamaktadır. Tüpraş, 2050 yılına kadar sera gazı emisyonlarını azaltmayı ve karbon nötr hale gelmeyi taahhüt etmiştir. Bu hedef doğrultusunda Tüpraş, stratejisini ve yatırımını sürdürülebilir rafinaj, biyoyakıtlar ve yeşil H2 alanı kapsamında şekillendirmiştir.
Tüpraş, stratejik hedefleri doğrultusunda, sera gazı emisyonlarının azaltılmasına yönelik
proseslerin geliştirilmesini amaçlayan MACBETH gibi birçok yenilikçi AB projesinde yer almaktadır. Tüpraş, MACBETH projesinde PDH teknolojisinde görev almakta ve iki ana rolü bulunmaktadır.
Proje teklifi aşamasında tanımlanan ilk rol, başka bir proje ortağı Salerno Üniversitesi (UNISA) tarafından incelenen ve tanımlanan en iyi performansa sahip Pt bazlı PDH katalizörünün Tüpraş PDH demo tesisinde kullanılmak üzere laboratuvar ölçeğinde büyütülmesidir. İkinci rolü ise geliştirilen membran ve katalizörün MACBETH projesinde test edilerek PDH teknolojisinin TRL 6 seviyesinde gösterilmesidir.
Tüpraş, UNISA tarafından tanımlanan Pt bazlı referans katalizörü kullanarak farklı katalizörler üretmiştir. UNISA tarafından belirlenen nihai katalizör bileşimleri dikkate alınarak TÜPRAŞ tarafından geliştirilen ve üretilen PDH katalizörleri Tüpraş tesislerinde test edilmektedir. Çeşitli reaksiyon testlerinin ardından Tüpraş, proje hedefi olan %95 propilen seçiciliğine ulaşmıştır ve katalizörün uzun dönem testleri başarı ile tamamlanmıştır.
Tüpraş, demo operasyonda kullanılmak üzere yaklaşık 1 kg en iyi performansa sahip katalizörü üretecektir. Bunun yanında Tüpraş, CMR teknolojisini PDH pilot tesisine entegre edecek ve 500 saatlik sürekli operasyon ile demo ölçekli denemelerini 2024 yılının ilk çeyreğinde tamamlayacaktır.
