Metanolin valmistuksessa käytetään raaka-aineena suurimmassa osassa maailman metanolituotantoa maakaasua. Metanoli on ensisijainen nestemäinen petrokemian raaka-aine, joka valmistetaan uusiutuvista ja uusiutumattomista fossiilisista polttoaineista, jotka sisältävät hiiltä ja vetyä. Metanoli on yksinkertaisin alkoholi, joka sisältää yhden hiiliatomin. Se on väritön, mauton neste, ja se tunnetaan yleisesti nimellä ”puualkoholi”.

Hukkakaasu voidaan muuttaa rahaksi tuottamalla kemiallista (tai polttoainelaatuista) metanolia ja kuljettamalla se markkinoille. Metanolimarkkinoiden toimintatapa on muuttunut merkittävästi 1980-luvulta lähtien. Etäiset metanolin tuottajat ovat alkaneet saada markkinaosuuttaan verrattuna asiakkaiden lähellä sijaitseviin vakiintuneisiin tuotantolaitoksiin. Kaasutalous on ollut näiden muutosten liikkeellepaneva voima. Kaasun kysynnän kasvaessa Pohjois-Amerikan ja Euroopan metanolin tuottajat ovat joutuneet syrjäytymään. Koska metanolia on helppo kuljettaa, metanolin tuotanto on siirtynyt syrjäisiin paikkoihin, joissa kaasu on halvempaa.

Metanolin käyttö

Metanoli on kemiallinen rakennusaine, jota käytetään formaldehydin, etikkahapon ja monien muiden kemiallisten välituotteiden valmistukseen. Kuvassa 1 esitetään metanolista saatavien tuotteiden valikoima. Merkittävä määrä metanolia käytetään metyyli-tert-butyylieetterin valmistukseen, joka on puhtaammin palavassa bensiinissä käytettävä lisäaine. Metanoli on yksi monista polttoaineista, joilla voitaisiin korvata bensiiniä tai dieselpolttoainetta henkilöautoissa, kevyissä kuorma-autoissa sekä raskaissa kuorma-autoissa ja linja-autoissa. Erinomaisen suorituskykynsä ja paloturvallisuusominaisuuksiensa vuoksi metanoli on ainoa polttoaine, jota käytetään Indianapolis-tyyppisissä kilpa-autoissa. Metanolia pidetään myös yleisesti johtavana ehdokkaana polttoaineeksi ajoneuvojen polttokennosovelluksiin.

  • Kuva. 1-Suorat GTL-reitit kaasun rahaksi muuttamiseen.

Historia

Metanolia tuotettiin aluksi puun tuhoavalla tislauksella. Kysynnän kasvaessa kehitettiin synteettisiä prosesseja metanolin tuottamiseksi taloudellisesti. Baden Aniline and Soda Factory/Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF), joka teki suurimman osan synkaasukemian pioneerityöstä, sai ensimmäisen patentin metanolin tuotantoon vuonna 1913. Ensimmäinen kaupallisen mittakaavan synteettinen metanolitehdas käynnistettiin vuonna 1923 BASF:n Leunan tehtaalla. Metanolin valmistusprosessi perustui sinkki-kromi-katalysaattoriin, joka muutti hiilioksidit ja vedyn metanoliksi 300 baarin paineessa ja yli 300 °C:n lämpötilassa. Korkea paine rajoitti laitteiden enimmäiskokoa ja johti myös suureen energiankulutukseen tuotetonnia kohti. Imperial Chemical Industriesin (ICI) kehittämä matalapainemetanolisynteesi, joka perustui kuparikatalysaattoriin, joka toimi alhaisemmissa paineissa (< 100 bar) ja lämpötiloissa (200-300 °C), saatiin markkinoille 1970-luvun alussa. Prosessia kutsuttiin ICI:n matalapainemetanoliprosessiksi.

Metanoliprosessi

Metanolin valmistus vaatii tyypillisesti kolme vaihetta:

  • Synkaasun valmistus
  • Metanolisynteesi
  • Metanolin puhdistus/destillointi

Synkaasun valmistus

Synkaasun valmistus on hyvin samankaltainen kuin Fisher-Tropsch (FT) -prosessi, jossa kaasu muutetaan nesteeksi (gas to liquids, GTL), mutta merkittävä ero on mittakaava, jossa synkaasun valmistus tapahtuu. Synkaasua metanolisynteesiä varten voidaan valmistaa joko osittaisella hapetuksella (POX) tai maakaasun raaka-aineen höyryreformoinnilla. Jos maakaasun raaka-aineessa on vähän raskaita hiilivetyjä ja rikkipitoisia epäpuhtauksia, höyryreformointiin perustuvaa laitosta pidetään kustannustehokkaimpana, luotettavampana ja energiatehokkaampana. POX-pohjaiset yksiköt soveltuvat yleensä paremmin synteesikaasun tuottamiseen raskaista hiilivetyjä sisältävistä raaka-aineista (esim. polttoöljystä). POX-pohjainen yksikkö maakaasusyöttöä varten vaatii suuremman ilmanerotuslaitoksen ja tuottaa yleensä aliokhiometristä synteesikaasua, joka vaatii lisäkäsittelyä metanolisynteesiä varten.

Maakaasu voidaan höyryreformoida millä tahansa seuraavista järjestelmistä:

  • Putkireformointi, jossa on poltettu reformointiuuni
  • Yhdistetty reformointi, jossa on poltettu reformointiuuni ja sen jälkeen happipuhallusautoterminen reformointi (ATR)
  • Lämmönvaihtoreformointi ilman putkireformointiuunia, mutta ATR:llä

Metanolisynteesi

Kaikki kaupalliset metanolitehtaat käyttävät tällä hetkellä kaasufaasisynteesitekniikkaa. Synteesisilmukan paine, käytetty reaktorityyppi ja hukkalämmön talteenottomenetelmä erottavat kaasufaasimetanolisynteesijärjestelmät toisistaan. Kaikissa nykyaikaisissa suurikapasiteettisissa metanoliprosesseissa käytetään matalapaineisia synteesisilmukoita, joissa käytetään kuparipohjaisia katalyyttejä. Reaktorin koon minimoimiseksi ja prosessin hukkalämmön talteenoton maksimoimiseksi käytetään Quench-tyyppisiä, monikerroksisia välijäähdytettyjä tai isotermisiä reaktoreita.

Metanolin puhdistus/destillointi

Raakametanoli, joka saadaan kaasufaasisynteesireaktorista, joka käyttää synkaasua, jonka stoikiometrinen luku on 2 tai korkeampi, sisältää liikaa vettä (25 – 35 %). Sen lisäksi, että kevyemmät komponentit poistetaan toppauskolonnissa, tämä vesi ja muut raskaat aineet poistetaan jalostuskolonnissa. Uudelleenlämmityskattilan lämpöteho saadaan yleensä jäähdyttämällä synkaasua laitoksen etupäässä. Tyypillisesti käytetään kahden tai kolmen kolonnin tislausjärjestelmää.

Eri lisenssinantajien käyttämät metanolin tislausjärjestelmät ovat samankaltaisia. Kaksikolonninen tislausjärjestelmä tarjoaa alhaiset pääomakustannukset, ja kolmikolonninen tislausjärjestelmä tarjoaa alhaisen energiankulutuksen ominaisuuksia. Yleensä valitaan järjestelmä, joka sopii paremmin yhteen synteesikaasun valmistus- ja synteesiosan kanssa. Useat teknologiatoimittajat lisensoivat metanolin prosessitekniikan:

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

Tarkastusperusteet

Vielä muutama vuosi sitten laajamittaisen yksivaihteisen metanolitehtaan kokoluokaksi katsottiin 2 000-2 500 tonnia päivässä. Mittakaavaedut ja markkinaolosuhteet ohjaavat kuitenkin suuntausta kohti suurempikokoisten laitosten rakentamista, joiden kapasiteetti on yli 3000 tuhatta tonnia päivässä. Parhaillaan on rakenteilla kaksi laitosta, joiden kapasiteetti on 5000 tonnia päivässä, ja useista suurista metanolitehtaista keskustellaan. Maailmanlaajuisen metanolitehtaan tyypillinen kaasunkulutus on 28-31 miljoonaa Btu metristä tuotetonnia kohti syötteen LHV:n perusteella; näin ollen 5 000 metrisen tonnin päivässä toimiva metanolitehdas käyttää kaasua noin 157 MMscf/D. Hankkeen elinkaaren ollessa 20 vuotta tarvitaan vähintään 1,15 Tcf:n suuruinen kaasukenttä tämän kokoisen laitoksen tukemiseksi.

Metanolin taloudellinen kannattavuus on hyvin riippuvainen tuotantokustannuksista ja metanolin myyntihinnasta. Metanolin markkinat ovat epävakaat ja kilpaillut, ja hinnat vaihtelevat suuresti. Metanolin tuotantokustannusten pääkomponentit ovat kaasun hinta ja laitoksen investointikustannukset. Useissa kirjallisuuslähteissä esitetään höyryreformointiin perustuvien metanolitehtaiden investointikustannukset. Kehittyneisiin synteesikaasun tuotantotekniikoihin perustuvien laajamittaisten metanolitehtaiden investointikustannusten odotetaan olevan alhaisemmat. Syrjäisellä paikalla sijaitsevan tuottajan on myös otettava huomioon kuljetuskustannukset, jotka aiheutuvat metanolituotteen kuljettamisesta markkinoille.

Metanolin kysyntä

Metanolin kysyntä

Metyylitert-butyylieetterin (MTBE) käytön asteittainen lakkauttaminen Yhdysvalloissa vaikuttaa metanolin kysyntään koko maailmassa; lakkauttamisen odotetaan kuitenkin tapahtuvan hitaasti ja pitkittyvän. Metanolimarkkinat ovat tällä hetkellä kyllästyneet, ja käytettävissä on riittävästi kapasiteettia. Uusien suurikapasiteettisten laitosten odotetaan käynnistyvän vuoteen 2004-2005 mennessä.

Metanolimarkkinat ovat kyllästyneet, mutta uusia laitoksia odotetaan kuitenkin rakennettavan. Tulevaisuudessa uusi edullinen tuotanto syrjäyttää nykyiset korkean kustannustason tuottajat, ellei metanolille luoda uusia sovelluksia. Perinteisten markkinoiden lisäksi metanolia voidaan käyttää monissa eri sovelluksissa: sähköntuotannossa polttokennojen avulla, liikennepolttoaineena suoraan tai polttokennojen avulla ja raaka-aineena olefiinien tuotannossa. Nämä uudet sovellukset voisivat vakiintuessaan johtaa metanolitehtaiden kysynnän voimakkaaseen kasvuun.

  1. 1.0 1.1 Haid, J. ja Koss, U. 2001. Lurgin megametanoliteknologia avaa oven uudelle aikakaudelle tuotantoketjun loppupään sovelluksissa. Esitelmä vuoden 2001 maakaasukonversiosymposiumissa, Girdwood, Alaska, 17.-22. kesäkuuta 2001.
  2. LeBlanc, J.R. 1994. Uusien metanolihankkeiden taloudelliset näkökohdat. Hydrocarbon Technology Intl.
  3. Fitzpatrick, T. 2000. LCM-Leading the Way to Low Cost Methanol. Esitetty vuoden 2000 maailman metanolikonferenssissa, Kööpenhamina, Tanska, 8.-10. marraskuuta.

Noteworthy papers in OnePetro

Käytä tätä osiota luetellaksesi OnePetrossa olevia papereita, jotka lukijan, joka haluaa lisätietoja, tulisi ehdottomasti lukea

Käytä tätä osiota tarjotaksesi linkkejä asiaankuuluvaan aineistoon muilla sivustoilla kuin PetroWikissä ja OnePetrossa

.

Katso myös

Kaasun hyödyntämisvaihtoehdot

Gas to liquids (GTL)

Gas to power

Gasiputkistot

Gas lannoitteiden raaka-aineena

Monetizing stranded gas

Stranded gas

Transporting stranded gas as hydrates

PEH:Hiilikaasun rahaksi muuttaminen