Du gaz au méthanol

Le gaz naturel est la matière première utilisée dans la plupart des productions mondiales de méthanol. Le méthanol est un produit pétrochimique liquide primaire fabriqué à partir de combustibles fossiles renouvelables et non renouvelables contenant du carbone et de l’hydrogène. Contenant un atome de carbone, le méthanol est l’alcool le plus simple. C’est un liquide incolore et insipide, communément appelé « alcool de bois ».

Le gaz échoué peut être monétisé en produisant du méthanol chimique (ou de qualité carburant) et en le transportant vers le marché. Depuis les années 1980, le fonctionnement du marché du méthanol a connu un changement important. Les producteurs éloignés de méthanol ont commencé à gagner des parts de marché par rapport aux sites de production établis de longue date et proches des clients. L’économie du gaz a été la force motrice de ces changements. Avec l’augmentation de la demande de gaz, les producteurs de méthanol d’Amérique du Nord et d’Europe ont été évincés. Comme le méthanol peut être transporté facilement, la production de méthanol s’est déplacée vers des endroits éloignés où le gaz est moins cher.

Utilisation du méthanol

Le méthanol est un bloc de construction chimique utilisé pour produire du formaldéhyde, de l’acide acétique et une variété d’autres intermédiaires chimiques. La figure 1 montre la gamme de produits dérivés du méthanol. Une quantité importante de méthanol est utilisée pour fabriquer de l’éther méthyl-tertio-butylique, un additif utilisé dans l’essence à combustion plus propre. Le méthanol est l’un des nombreux carburants qui pourraient remplacer l’essence ou le diesel dans les voitures particulières, les camions légers, les camions lourds et les autobus. En raison de ses performances exceptionnelles et de ses caractéristiques de sécurité incendie, le méthanol est le seul carburant utilisé dans les voitures de course de type Indianapolis. Le méthanol est également largement considéré comme un candidat de premier plan comme carburant de choix pour les applications de piles à combustible pour véhicules.

• 

  Fig. 1-Routes GTL indirectes vers la monétisation du gaz.

Histoire

Le méthanol a d’abord été produit par distillation destructive du bois. La demande ayant augmenté, des procédés synthétiques ont été mis au point pour produire du méthanol de manière économique. Baden Aniline and Soda Factory/Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF), qui a réalisé la plupart des travaux pionniers sur la chimie du gaz de synthèse, a obtenu le premier brevet sur la production de méthanol en 1913. La première usine de méthanol synthétique à l’échelle commerciale a démarré en 1923 dans l’usine BASF de Leuna. Le procédé de fabrication du méthanol était basé sur un catalyseur zinc/chrome qui convertissait les oxydes de carbone et l’hydrogène en méthanol à des pressions de 300 bars et des températures supérieures à 300°C. La pression élevée imposait non seulement des limites à la taille maximale des équipements, mais entraînait également une forte consommation d’énergie par tonne de produit. Le début des années 1970 a vu la commercialisation de la synthèse du méthanol à basse pression mise au point par Imperial Chemical Industries (ICI), qui était basée sur un catalyseur en cuivre fonctionnant à des pressions (< 100 bars) et des températures (200 à 300°C) plus basses. Le procédé a été appelé procédé de méthanol à basse pression d’ICI.

Procédé de méthanol

La production de méthanol nécessite généralement trois étapes :

• Préparation du gaz de synthèse
• Synthèse du méthanol
• Purification/distillation du méthanol

Préparation du gaz de synthèse

La préparation du gaz de synthèse est très similaire au procédé Fisher-Tropsch (FT) de transformation du gaz en liquides (GTL), mais une différence majeure est l’échelle à laquelle le gaz de synthèse est produit. Le gaz de synthèse pour la synthèse du méthanol peut être préparé soit par oxydation partielle (POX), soit par reformage à la vapeur de la charge de gaz naturel. Pour une charge de gaz naturel contenant peu d’hydrocarbures lourds et d’impuretés de soufre, une unité de reformage à la vapeur est considérée comme la plus rentable, avec une meilleure fiabilité et un meilleur rendement énergétique. Les unités à base de POX sont généralement plus adaptées à la production de gaz de synthèse à partir de charges d’alimentation à forte teneur en hydrocarbures (par exemple, le fioul). Une unité à base de POX pour une alimentation en gaz naturel nécessite une installation de séparation d’air plus importante et produit généralement un gaz de synthèse sous-stoechiométrique, qui nécessite un traitement supplémentaire pour la synthèse du méthanol.

Le gaz naturel peut être reformé à la vapeur avec l’un des schémas suivants :

• Réformage tubulaire avec un four de reformage cuit
• Réformage combiné avec un four de reformage cuit suivi d’un reformage autothermique (ATR)
• Réformage par échange de chaleur sans four de reformage tubulaire, mais avec ATR

Synthèse du méthanol

Toutes les usines commerciales de méthanol utilisent actuellement la technologie de synthèse en phase gazeuse. La pression de la boucle de synthèse, le type de réacteur utilisé et la méthode de récupération de la chaleur résiduelle différencient largement les schémas de synthèse du méthanol en phase gazeuse. Tous les procédés modernes de méthanol à grande capacité utilisent des boucles de synthèse à basse pression avec des catalyseurs à base de cuivre. Des réacteurs de type trempé, interrefroidis à lits multiples ou isothermes sont utilisés pour minimiser la taille du réacteur et maximiser la récupération de la chaleur résiduelle du procédé.

Purification/distillation du méthanol

Le méthanol brut, reçu d’un réacteur de synthèse en phase gazeuse qui utilise du gaz de synthèse avec un nombre stœchiométrique de 2 ou plus, aura un excès d’eau (25 à 35%). Outre l’élimination des composants les plus légers dans une colonne d’étêtage, cette eau et les autres composants lourds sont éliminés dans une colonne de raffinage. Le rendement thermique du rebouilleur est généralement obtenu en refroidissant le gaz de synthèse à l’avant de l’installation. Un schéma de distillation à deux ou trois colonnes est généralement utilisé.

Les schémas de distillation du méthanol utilisés par les différents concédants sont similaires. Le schéma de distillation à deux colonnes offre de faibles dépenses d’investissement, et le schéma de distillation à trois colonnes offre des caractéristiques de faible consommation d’énergie. Le schéma qui s’intègre le mieux à la section de préparation et de synthèse du gaz de synthèse est normalement choisi. Plusieurs fournisseurs de technologie accordent une licence pour la technologie de traitement du méthanol :

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

Critères de sélection

Jusqu’à il y a quelques années, la taille d’une usine de méthanol à grande échelle et à un seul train était considérée comme étant de 2000 à 2500 tonnes métriques par jour. Cependant, les économies d’échelle et les conditions du marché entraînent la tendance à construire des usines de plus grande taille, avec des capacités supérieures à 3000 mille tonnes par jour. Deux usines d’une capacité de 5 000 tonnes par jour sont actuellement en construction, et plusieurs grandes usines de méthanol sont en discussion. La consommation de gaz typique d’une usine de méthanol à l’échelle mondiale varie de 28 à 31 millions de Btu par tonne métrique de produit, en fonction de la valeur LHV de l’alimentation ; par conséquent, une usine de méthanol de 5 000 tonnes métriques par jour utilisera environ 157 MMscf/D de gaz. Pour une durée de vie du projet de 20 ans, un champ de gaz d’au moins 1,15 Tcf est nécessaire pour soutenir une usine de cette taille.

L’économie du méthanol dépend beaucoup du coût de production et du prix de vente du méthanol. Le marché du méthanol est volatile et concurrentiel, avec de fortes variations de prix. Les principaux éléments du coût de production du méthanol sont le prix du gaz et le coût d’investissement de l’usine. Un certain nombre de sources documentaires présentent les coûts d’investissement pour les usines de méthanol basées sur le reformage à la vapeur. Les coûts d’investissement pour les usines de méthanol à grande échelle basées sur des technologies avancées de génération de gaz de synthèse devraient être inférieurs. Un producteur situé dans un endroit éloigné doit également tenir compte des coûts d’expédition pour le transport du produit méthanol vers le marché.

Demande de méthanol

L’élimination progressive du méthyl-tertio-butyl-éther (MTBE) aux États-Unis aura un effet sur la demande mondiale de méthanol ; cependant, cette élimination devrait être lente et prolongée. Le marché du méthanol est actuellement saturé avec une capacité disponible suffisante. De nouvelles usines de grande capacité devraient être mises en service d’ici 2004-2005.

Le marché du méthanol est saturé ; cependant, on s’attend à ce que de nouvelles usines soient construites. A l’avenir, les nouvelles productions à faible coût supplanteront les producteurs actuels à coût élevé, à moins que de nouvelles applications du méthanol ne soient établies. Outre les marchés traditionnels, le méthanol a le potentiel d’être utilisé dans diverses applications : production d’électricité par des piles à combustible, comme carburant pour le transport directement ou par des piles à combustible, et comme matière première pour la production d’oléfines. Ces nouvelles applications, si elles sont établies, pourraient entraîner une hausse de la demande d’usines de méthanol.

Articles dignes d’intérêt dans OnePetro

Utilisez cette section pour énumérer les articles dans OnePetro qu’un lecteur qui veut en savoir plus devrait certainement lire

Utilisez cette section pour fournir des liens vers des documents pertinents sur des sites Web autres que PetroWiki et OnePetro

.

Voir aussi

Options d’utilisation du gaz

Gas to liquids (GTL)

Gas to power

Gazoducs

Gaz. comme matière première d’engrais

Monétisation du gaz non exploité

Gaz non exploité

Transport du gaz non exploité sous forme d’hydrates

PEH :Monétisation du gaz tordu