Refining Clean Fuels for the Future

La production de carburants propres pour l'avenir

Institut Français du Pétrole

Corresponding author: philippe. courty@ifp. fr

Abstract

To which extent transportation fuels will reasonably be changed in the coming years? GPL and natural gas are expected to challenge conventional fuels, hydrogen and methanol are bounded to possible fuel cells development. Among others, security of supply, competitive economics and environmental protection issues will be the key to the changes in the coming years. But taking into account expected transportation development, liquid fuels from oil should prevail as the reference energy. Though most of technologies and catalysts needed for the future are still existing or under marketing plans, the industry has to cope with the growing share of middle distillates. Indeed future zero heavy fuel-oil refineries are technically feasible through many existing and recent technologies. However their potential profitability is weighed down deeply by the very high investments and operating costs which are tied up. Tomorrow's main gasoline challenges deal with sulfur in FCC gasoline, aromatics and olefins contents together with a possible ban of ethers, hampering future octane demand and its technical feasibility. In a similar way diesel oil issues for the future imply a very deep desulfurization with possible aromatics hydrogenation and rings opening in order to comply with cetane and polyaromatics ratings. Natural gas upgrading via syngas chemistry is still expected to open the way to clean fuels for the future via improved and integrated FT's GTL technologies which could as a matter provide most of future increases in clean fuels demand without decreasing the related fatal carbon losses as CO2. As an overall view, clean fuels production for the future is technically feasible. Advanced hydrorefining and hydroconversion technologies open the way to clean fuels and allow the best flexibility in the gasoline/middle distillates ratio. However, cost reduction remains a key issue since the huge investments needed are faced with low and volatile refining margins. In addition, CO2 fatal production is bounded with the extra-hydrogen production needed for clean fuels achievements and natural gas upgrading could bring other very clean fuels without solving CO2 emissions drawbacks. Consequently, every fuel specification improvement will have to be balanced with its bounded fatal carbon losses, as CO2, and its extra cost.

Résumé

Quelles seront les évolutions importantes des carburants dans le futur ? Les gaz de pétrole liquéfiés, le gaz naturel pourraient entrer en compétition avec les carburants conventionnels ; l'hydrogène et le méthanol auraient un développement conditionné par une percée des piles à combustible dans le domaine des transports. Toutefois, prenant en compte l'évolution future de la demande en carburants, ceux issus du raffinage du pétrole, en particulier l'essence et le gazole, devraient toujours constituer l'approvisionnement principal. Bien qu'une forte proportion des procédés technologiques et des catalyseurs requis pour répondre à cette évolution soit dès aujourd'hui disponible ou en développement avancé, la part croissante des distillats moyens pose problème au raffinage. Certes, potentiellement, la raffinerie fondée sur les technologies les plus récentes et minimisant la production de fiouls lourds est techniquement au point. Toutefois, sa profitabilité est pénalisée par les investissements et les coûts opératoires importants résultants. Les challenges futurs liés au pool essence concernent essentiellement l'impact soufredes essences de craquage catalytique, l'évolution des contraintes sur les aromatiques et les oléfines, et un possible bannissement des éthers, tout ceci pénalisant l'octane. S'agissant du pool gazole, les défis du futur concernent essentiellement la désulfuration profonde, mais aussi l'hydrogénation des aromatiques et l'ouverture des cycles naphténiques pour satisfaire aux exigences en cétane et aux autres spécifications. La conversion chimique du gaz via le gaz de synthèse demeure une voie privilégiée pour ouvrir la voie aux carburants propresdu futur. Les technologies Gas to Liquids (GTL) les plus compétitives pourraient tout à fait satisfaire l'accroissement de la demande du futur, sans toutefois diminuer les pertes en carbone associées sous forme de CO2. En intégrant cet ensemble, il apparaît que la production de carburants proprespour le futur est techniquement possible. Les technologies avancées d'hydroraffinage et d'hydroconversion catalytique le permettent et présentent la flexibilité gazole/essence recherchée. Cependant, la réduction des coûts de production demeure le défi clé : les investissements importants requis sont difficilement acceptables avec les marges de raffinage incertaines et volatiles actuelles et probablement futures. Un dernier point important concerne les émissions de CO2. La mise en place des nouvelles unités de production d'hydrogène requises pour atteindre les spécifications futures des carburants implique des émissions additionnelles importantes de CO2 et la production de carburants propres par conversion chimique du gaz ne résoudra pas ce problème. En conclusion, tout durcissement des spécifications carburants envisagé devrait pouvoir être examiné à la lumière des pertes fatales en carbone (CO2) qu'il impliquerait et de ses coûts associés.