Gaz do cieczy

Cysterny LNG służą do transportu metanu.

Gas to liquids ( GTL ) to proces rafineryjny służący do przekształcania gazu ziemnego lub innych gazowych węglowodorów w węglowodory o dłuższym łańcuchu, takie jak benzyna lub olej napędowy . Gazy bogate w metan są przekształcane w płynne paliwa syntetyczne . Istnieją dwie ogólne strategie: (i) bezpośrednie częściowe spalanie metanu do metanolu oraz (ii) Fischera-Tropscha , które przekształcają tlenek węgla i wodór w węglowodory. Strategia II obejmuje różnorodne metody przekształcania mieszanin wodoru i tlenku węgla w ciecze. Bezpośrednie częściowe spalanie zostało wykazane w przyrodzie, ale nie zostało powtórzone komercyjnie. Technologie oparte na częściowym spalaniu zostały skomercjalizowane głównie w regionach, w których gaz ziemny jest tani.

Motywacją dla GTL jest produkcja paliw płynnych, które są łatwiej transportowane niż metan. Metan musi zostać schłodzony poniżej temperatury krytycznej -82,3°C, aby mógł ulec skropleniu pod ciśnieniem. Ze względu na towarzyszącą aparaturę kriogeniczną do transportu wykorzystywane są cysterny LNG . Metanol jest łatwopalną cieczą, którą łatwo się obsługuje, ale jego gęstość energetyczna jest o połowę mniejsza niż benzyny.

Proces Fischera-Tropscha

Główny artykuł: proces Fischera-Tropscha
Proces GTL metodą Fischera Tropscha

Proces GtL można przeprowadzić za pomocą procesu Fischera-Tropscha, który obejmuje kilka reakcji chemicznych, które przekształcają mieszaninę tlenku węgla (CO) i wodoru (H 2 ) w długołańcuchowe węglowodory. Węglowodory te są zwykle ciekłe lub półpłynne iw idealnym przypadku mają wzór ( CnH2n 2 ) + .

W celu uzyskania mieszaniny CO i H 2 wymaganej w procesie Fischera-Tropscha, metan (główny składnik gazu ziemnego) może zostać poddany częściowemu utlenieniu, w wyniku którego otrzymuje się surową mieszaninę gazów syntezowych składającą się głównie z dwutlenku węgla , tlenku węgla , gazowego wodoru (a czasami woda i azot). Stosunek tlenku węgla do wodoru w mieszaninie surowego gazu syntezowego można regulować, np. stosując reakcję konwersji gazu wodnego . Usunięcie zanieczyszczeń, zwłaszcza azotu, dwutlenku węgla i wody, z surowej mieszaniny gazów syntezowych daje czysty gaz syntezowy (syngas).

Czysty gaz syntezowy jest kierowany do procesu Fischera-Tropscha, w którym gaz syntezowy reaguje na katalizatorze żelaznym lub kobaltowym, tworząc syntetyczne węglowodory, w tym alkohole.

Proces metanu do metanolu

Metanol powstaje z metanu (gazu ziemnego) w serii trzech reakcji:

Reforming parowy
  CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2 Δ r H = +206 kJ mol −1
Reakcja przemiany wody
  CO + H 2 O → CO 2 + H 2 Δ r H = -41 kJ mol −1
Synteza
  2 H 2 + CO → CH 3 OH Δ r H = -92 kJ mol -1

Tak utworzony metanol można przekształcić w benzynę w procesie Mobil i metanol w olefiny.

Metanol do benzyny (MTG) i metanol do olefin

We wczesnych latach siedemdziesiątych firma Mobil opracowała alternatywną procedurę, w której gaz ziemny jest przekształcany w gaz syntezowy, a następnie w metanol . Metanol reaguje w obecności zeolitowego , tworząc alkany . Pod względem mechanizmu metanol jest częściowo odwadniany , dając eter dimetylowy :

2CH3OH → CH3OCH3 + H2O _ _ _ _

Mieszaninę eteru dimetylowego i metanolu następnie dalej odwadnia się na katalizatorze zeolitowym, takim jak ZSM-5 , który w praktyce jest polimeryzowany i uwodorniany z wytworzeniem benzyny z węglowodorami o pięciu lub więcej atomach węgla, stanowiącymi 80% wagowych paliwa. Proces Mobil MTG jest praktykowany z metanolu pochodzącego z węgla w Chinach przez JAMG . Bardziej nowoczesną implementacją MTG jest ulepszona synteza benzyny Topsøe (TiGAS).

Metanol można przekształcić w olefiny za pomocą heterogenicznych katalizatorów na bazie zeolitu i SAPO . W zależności od wielkości porów katalizatora, w procesie tym można uzyskać produkty C2 lub C3, które są ważnymi monomerami.

Syngaz do benzyny plus proces (STG+)

Główny artykuł: Syngaz do benzyny plus
Proces STG+

Trzeci proces przekształcania gazu w ciecz opiera się na technologii MTG, przekształcając gaz syntezowy pochodzący z gazu ziemnego w benzynę kroplową i paliwo do silników odrzutowych za pomocą termochemicznego procesu z pojedynczą pętlą.

Proces STG+ składa się z czterech głównych etapów w jednej ciągłej pętli procesu. Proces ten składa się z czterech reaktorów ze złożem stałym połączonych szeregowo, w których gaz syntezowy jest przekształcany w paliwa syntetyczne. Etapy produkcji wysokooktanowej benzyny syntetycznej są następujące:

  1. Synteza metanolu : Gaz syntezowy jest doprowadzany do reaktora 1, pierwszego z czterech reaktorów, który przekształca większość gazu syntezowego (CO i H 2 ) w metanol ( CH 3 OH ) podczas przechodzenia przez złoże katalizatora.
  2. eteru dimetylowego (DME): bogaty w metanol gaz z reaktora 1 jest następnie podawany do reaktora 2, drugiego reaktora STG+. Metanol jest wystawiony na działanie katalizatora i duża jego część jest przekształcana w DME, co obejmuje odwodnienie metanolu w celu utworzenia DME ( CH 3 OCH 3 ).
  3. Synteza benzyny: gazowy produkt z Reaktora 2 jest następnie podawany do Reaktora 3, trzeciego reaktora zawierającego katalizator konwersji DME do węglowodorów, w tym parafin ( alkanów ), związków aromatycznych , naftenów ( cykloalkanów ) i niewielkich ilości olefin ( alkenów ), głównie z C6 ( do C10 liczba atomów węgla w cząsteczce węglowodoru) .
  4. Obróbka benzyny: Czwarty reaktor zapewnia transalkilację i uwodornienie produktów pochodzących z Reaktora 3. Obróbka redukuje składniki durenu (tetrametylobenzenu)/izodurenu i trimetylobenzenu, które mają wysokie temperatury zamarzania i muszą być minimalizowane w benzynie. W rezultacie syntetyczny produkt benzynowy ma wysoką liczbę oktanową i pożądane właściwości lepkościowe.
  5. Separator: Na koniec mieszanina z reaktora 4 jest skraplana w celu uzyskania benzyny. Nieskroplony gaz i benzyna są rozdzielane w konwencjonalnym skraplaczu/separatorze. Większość nieskondensowanego gazu z separatora produktów staje się gazem zawracanym do obiegu i jest przesyłana z powrotem do strumienia zasilającego do Reaktora 1, pozostawiając syntetyczną benzynę składającą się z parafin, związków aromatycznych i naftenów.

Biologiczne przetwarzanie gazów w ciecze (Bio-GTL)

Ponieważ metan jest głównym celem GTL, wiele uwagi poświęcono trzem enzymom przetwarzającym metan. Enzymy te wspierają istnienie metanotrofów , mikroorganizmów, które metabolizują metan jako jedyne źródło węgla i energii. Metanotrofy tlenowe zawierają enzymy, które utleniają metan do metanolu. Odpowiednimi enzymami są monooksygenazy metanu , które występują zarówno w odmianach rozpuszczalnych, jak i cząsteczkowych (tj. związanych z błoną). Katalizują utlenianie zgodnie z następującą stechiometrią:

CH 4 + O 2 + NADPH + H + → CH 3 OH + H 2 O + NAD +

Metanotrofy beztlenowe polegają na biokonwersji metanu przy użyciu enzymów zwanych reduktazami metylokoenzymu M. Organizmy te powodują odwrotną metanogenezę . Podjęto usilne wysiłki w celu wyjaśnienia mechanizmów tych enzymów konwertujących metan, co umożliwiłoby replikację ich katalizy in vitro.

Biodiesel można wytwarzać z CO 2 przy użyciu drobnoustrojów Moorella thermoacetica i Yarrowia lipolytica . Ten proces jest znany jako biologiczna przemiana gazu w ciecz.

Zastosowania komercyjne

Instalacja INFRA M100 GTL

Wykorzystując procesy przemiany gazu w ciecz, rafinerie mogą przekształcać niektóre gazowe produkty odpadowe ( gaz z pochodni ) w wartościowe oleje opałowe , które można sprzedawać w takiej postaci lub mieszać tylko z olejem napędowym . Bank Światowy szacuje, że rocznie spala się lub odpowietrza ponad 150 miliardów metrów sześciennych (5,3 × 10 ^ 12 stóp sześciennych) gazu ziemnego , co stanowi kwotę o wartości około 30,6 miliarda dolarów, co odpowiada 25% zużycia gazu w Stanach Zjednoczonych lub 30% roczne zużycie gazu w Unii Europejskiej, zasób, który mógłby być przydatny przy użyciu GTL. Procesy gas-to-liquid mogą być również wykorzystywane do ekonomicznego wydobywania złóż gazu w miejscach, gdzie budowa gazociągu jest nieopłacalna. Proces ten będzie nabierał coraz większego znaczenia w miarę wyczerpywania się zasobów ropy naftowej .

Royal Dutch Shell produkuje olej napędowy z gazu ziemnego w fabryce w Bintulu w Malezji . Kolejnym zakładem Shell GTL jest Pearl GTL w Katarze , największy na świecie zakład GTL. SASOL niedawno zbudował Oryx GTL w Ras Laffan Industrial City w Katarze, a wraz z Uzbekneftegaz i Petronas buduje fabrykę GTL w Uzbekistanie . Chevron Corporation , we wspólnym przedsięwzięciu z Nigerian National Petroleum Corporation, uruchamia Escravos GTL w Nigerii , który wykorzystuje technologię Sasol. PetroSA, krajowa firma naftowa Republiki Południowej Afryki, jest właścicielem i operatorem zakładu GTL o wydajności 22 000 baryłek dziennie (wydajność) w zatoce Mossel, wykorzystującego technologię Sasol GTL.

Ambitne i wschodzące przedsięwzięcia

Poszukiwana jest nowa generacja technologii GTL do przetwarzania gazu niekonwencjonalnego, odległego i problematycznego na wartościowe paliwa płynne. Instalacje GTL oparte na innowacyjnych katalizatorach Fischera-Tropscha zostały zbudowane przez firmę INFRA Technology. Inne głównie amerykańskie firmy to Velocys, ENVIA Energy, Waste Management, NRG Energy, ThyssenKrupp Industrial Solutions, Liberty GTL, Petrobras , Greenway Innovative Energy, Primus Green Energy, Compact GTL i Petronas. Kilka z tych procesów sprawdziło się podczas lotów demonstracyjnych z wykorzystaniem ich paliw do silników odrzutowych.

Inne proponowane rozwiązanie problemu gazu osieroconego polega na wykorzystaniu nowatorskiego FPSO do konwersji na morzu gazu na ciecze, takie jak metanol , olej napędowy , benzyna , syntetyczna ropa naftowa i nafta .

Ekonomia GTL

GTL wykorzystujący gaz ziemny jest bardziej ekonomiczny, gdy istnieje duża różnica między dominującą ceną gazu ziemnego a ceną ropy naftowej na podstawie ekwiwalentu baryłki ropy naftowej (BOE). Współczynnik 0,1724 daje pełny parytet ropy . GTL to mechanizm mający na celu obniżenie międzynarodowych cen oleju napędowego / benzyny / ropy naftowej na równi z ceną gazu ziemnego w rosnącej globalnej produkcji gazu ziemnego po cenie niższej niż cena ropy naftowej. Kiedy gaz ziemny jest konwertowany na GTL, produkty płynne są łatwiejsze do eksportu po niższej cenie niż konwersja na LNG i dalsze przetwarzanie na produkty płynne w kraju importującym.

Jednak paliwa GTL są znacznie droższe w produkcji niż paliwa konwencjonalne.

Zobacz też

Bibliografia

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Gas_to_liquids&oldid=1137409156 ”