Gas til methanol

Naturgas er det råmateriale, der anvendes i det meste af verdens produktion af methanol. Methanol er et primært flydende petrokemisk stof fremstillet af vedvarende og ikke-fornyelige fossile brændstoffer, der indeholder kulstof og brint. Methanol indeholder et kulstofatom og er den enkleste alkohol. Det er en farveløs, smagløs væske og er almindeligvis kendt som “træalkohol”.

Strandgas kan tjene penge på at producere kemisk (eller brændstofkvalitet) methanol og transportere den til markedet. Siden 1980’erne er der sket en væsentlig ændring i den måde, som metanolmarkedet har fungeret på. Fjernproducenter af methanol er begyndt at vinde markedsandele i forhold til langvarigt etablerede produktionssteder tæt på kunderne. Gasøkonomien har været den drivende kraft bag disse ændringer. Efterhånden som efterspørgslen efter gas er steget, er methanolproducenterne i Nordamerika og Europa blevet presset ud. Da methanol let kan transporteres, er methanolproduktionen flyttet til fjerntliggende steder, hvor gas er billigere.

Anvendelse af methanol

Methanol er en kemisk byggesten, der bruges til at fremstille formaldehyd, eddikesyre og en række andre kemiske mellemprodukter. Fig. 1 viser rækken af produkter, der er fremstillet af methanol. En betydelig mængde methanol anvendes til fremstilling af methyltertiær butylether, et tilsætningsstof, der anvendes i renere benzin. Methanol er et af en række brændstoffer, der kan erstatte benzin eller dieselbrændstof i personbiler, lette lastbiler og tunge lastbiler og busser. På grund af dets fremragende ydeevne og brandsikkerhedsegenskaber er methanol det eneste brændstof, der anvendes i racerbiler af Indianapolis-typen. Metanol anses også generelt for at være en førende kandidat som det foretrukne brændstof til brændselscelleanvendelser i køretøjer.

• 

  Figur. 1-Indirekte GTL-ruter til monetarisering af gas.

Historie

Methanol blev først fremstillet ved destruktiv destillation af træ. Efterhånden som efterspørgslen voksede, blev der udviklet syntetiske processer til at producere methanol på økonomisk rentabel vis. Baden Aniline and Soda Factory/Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF), som udførte det meste af pionerarbejdet inden for syntesegas-kemi, fik det første patent på fremstilling af methanol i 1913. Det første syntetiske methanolanlæg i kommerciel skala blev startet i 1923 på BASF’s fabrik i Leuna. Metanolfremstillingsprocessen var baseret på en zink/chrom-katalysator, som omdannede kulilte og brint til methanol ved et tryk på 300 bar og temperaturer på over 300 °C. Det høje tryk begrænsede ikke blot den maksimale størrelse af udstyret, men medførte også et højt energiforbrug pr. ton produkt. I begyndelsen af 1970’erne blev den lavtryksmethanolsyntese, der blev udviklet af Imperial Chemical Industries (ICI), og som var baseret på en kobberkatalysator, der arbejder ved lavere tryk (< 100 bar) og temperaturer (200-300 °C), markedsført. Processen blev kaldt ICI’s lavtryksmethanolproces.

Methanolprocessen

Methanolfremstilling kræver typisk tre trin:

• Syngasfremstilling
• Methanolsyntese
• Methanolrensning/destillation

Syngasfremstilling

Syngasfremstilling ligner meget Fisher-Tropsch (FT) gas til væsker (GTL)-processen, men en væsentlig forskel er den skala, i hvilken syngas produceres. Syngas til methanolsyntese kan fremstilles enten ved partiel oxidation (POX) eller damprereforming af naturgasråmaterialet. For et naturgasmateriale med få tunge kulbrinte- og svovlforureninger anses et dampreformingsbaseret anlæg for at være det mest omkostningseffektive, med bedre pålidelighed og højere energieffektivitet. POX-baserede anlæg er generelt mere velegnede til produktion af syntesegas fra råmaterialer med tunge kulbrinter (f.eks. fuelolie). Et POX-baseret anlæg til naturgas kræver et større luftseparationsanlæg og producerer typisk understoiometrisk syntesegas, som kræver yderligere behandling til methanolsyntese.

Naturgas kan dampreformeres med en af følgende ordninger:

• Rørforming med en fyret reformerovn
• Kombineret reformering med en fyret reformerovn efterfulgt af en oxygenblæst autotermisk reformering (ATR)
• Varmeudvekslingsreformering uden en rørformet reformerovn, men med ATR

Methanolsyntese

Alle kommercielle methanolanlæg anvender i øjeblikket gasfasesyntese-teknologi. Syntesesløjfetrykket, den anvendte reaktortype og metoden til genvinding af spildvarme adskiller i vid udstrækning de forskellige gasfase-methanolsyntesesystemer. Alle moderne methanolprocesser med stor kapacitet anvender lavtrykssynteseløsninger med kobberbaserede katalysatorer. Der anvendes quench-type, multibed intercooled eller isotermiske reaktorer for at minimere reaktorstørrelsen og maksimere genvinding af procesafkastvarme.

Methanolrensning/destillation

Rå methanol, der modtages fra en gasfasesyntesereaktor, som anvender syntesegas med et støkiometrisk tal på 2 eller derover, vil indeholde for meget vand (25 til 35 %). Ud over at fjerne de lettere komponenter i en toppingkolonne fjernes dette vand og andre tungstoffer i en raffineringskolonne. Varmeforbruget i genopvarmningsanlæggene opnås typisk ved at afkøle syntesegassen i den forreste del af anlægget. Der anvendes typisk et destillationsskema med to eller tre kolonner.

Methanoldestillationsskemaer, der anvendes af forskellige licensgivere, er ens. Destillationsordningen med to søjler giver lave kapitaludgifter, og destillationsordningen med tre søjler giver et lavt energiforbrug. Normalt vælges den ordning, der integrerer bedre med syntesegasforberedelses- og syntesesektionen. Flere teknologileverandører giver licens til procesteknologien for methanol:

• Synetix
• Lurgi
• Haldor Topsoe
• Mitsubishi Chemicals
• KBR

Screeningkriterier

Indtil for få år siden blev størrelsen af et stort methanolanlæg med et enkelt spor anset for at være 2000 til 2500 tons pr. dag. Stordriftsfordele og markedsforhold driver imidlertid udviklingen i retning af at bygge anlæg af større størrelse med en kapacitet på over 3 000 tusind tons pr. dag. To anlæg med en kapacitet på 5 000 tons pr. dag er i øjeblikket under opførelse, og flere store methanolanlæg er under drøftelse. Det typiske gasforbrug for et methanolanlæg i verdensstørrelse ligger mellem 28 og 31 millioner Btu pr. ton produkt baseret på foderets LHV; et methanolanlæg på 5 000 tons pr. dag vil derfor bruge ca. 157 MMscf/D gas. Ved en projektlevetid på 20 år kræves der et gasfelt på mindst 1,15 Tcf for at støtte et anlæg af denne størrelse.

Methanolens økonomi er meget afhængig af produktionsomkostningerne og salgsprisen på metanol. Markedet for methanol er ustabilt og konkurrencepræget med store udsving i prisen. De vigtigste komponenter i produktionsomkostningerne for methanol er gasprisen og investeringsomkostningerne for anlægget. Der findes en række litteraturkilder med investeringsomkostninger for methanolanlæg baseret på dampreforming. Investeringsomkostningerne for methanolanlæg i stor skala baseret på avancerede teknologier til produktion af syntesegas forventes at være lavere. En producent i et fjerntliggende område skal også tage hensyn til forsendelsesomkostningerne for transport af metanolproduktet til markedet.

Efterspørgsel efter metanol

Methyltertiær butylether (MTBE) udfasning i USA vil have en effekt på den globale methanolefterspørgsel; udfasningen forventes dog at være langsom og langvarig. Metanolmarkedet er i øjeblikket mættet med tilstrækkelig ledig kapacitet. Nye anlæg med stor kapacitet forventes at blive sat i drift i 2004-2005.

Metanolmarkedet er mættet, men det forventes, at der vil blive bygget nye anlæg. I fremtiden vil ny lavomkostningsproduktion fortrænge de eksisterende højomkostningsproducenter, medmindre der etableres nye anvendelser for methanol. Ud over de traditionelle markeder har methanol potentiale til at blive anvendt til en række forskellige formål: elproduktion ved hjælp af brændselsceller, som transportbrændstof direkte eller ved hjælp af brændselsceller og som råvare til fremstilling af olefiner. Disse nye anvendelser kan, hvis de etableres, føre til en voldsom stigning i efterspørgslen efter methanolanlæg.

Notværdige artikler i OnePetro

Brug dette afsnit til at opregne artikler i OnePetro, som en læser, der ønsker at vide mere, absolut bør læse

Brug dette afsnit til at give links til relevant materiale på andre websteder end PetroWiki og OnePetro

Se også

Gasudnyttelsesmuligheder

Gas til væsker (GTL)

Gas til elektricitet

Gasrørledninger

Gas som gødningsmateriale

Monetisering af strandet gas

Strandet gas

Transport af strandet gas som hydrater

PEH:Monetizing_Stranded_Gas