Gas naar methanol

Natuurgas is de grondstof die in het grootste deel van de wereldproductie van methanol wordt gebruikt. Methanol is een primair vloeibaar petrochemisch product dat wordt gemaakt van hernieuwbare en niet-hernieuwbare fossiele brandstoffen die koolstof en waterstof bevatten. Methanol, dat één koolstofatoom bevat, is de eenvoudigste alcohol. Het is een kleurloze, smaakloze vloeistof die algemeen bekend staat als “houtalcohol”.”

Stranded gas kan te gelde worden gemaakt door chemisch (of als brandstof geschikt) methanol te produceren en het naar de markt te transporteren. Sinds de jaren tachtig is de werking van de methanolmarkt aanzienlijk veranderd. Producenten van methanol op afstand zijn marktaandeel beginnen te winnen op reeds lang gevestigde productielocaties dicht bij de klanten. De economische aspecten van gas zijn de drijvende kracht achter deze veranderingen geweest. Naarmate de vraag naar gas is gestegen, zijn de methanolproducenten in Noord-Amerika en Europa in de verdrukking gekomen. Omdat methanol gemakkelijk kan worden vervoerd, is de methanolproduktie verplaatst naar afgelegen plaatsen waar gas goedkoper is.

Gebruik van methanol

Methanol is een chemische bouwsteen die wordt gebruikt voor de produktie van formaldehyde, azijnzuur, en een verscheidenheid van andere chemische tussenproducten. Fig. 1 toont de reeks producten die van methanol worden gemaakt. Een aanzienlijke hoeveelheid methanol wordt gebruikt om methyl-tertiair-butylether te maken, een additief dat wordt gebruikt in schoner verbrandende benzine. Methanol is een van de brandstoffen die benzine of diesel kunnen vervangen in personenauto’s, lichte vrachtwagens en zware vrachtwagens en bussen. Vanwege zijn uitstekende prestaties en brandveiligheidskenmerken is methanol de enige brandstof die in raceauto’s van het Indianapolis-type wordt gebruikt. Methanol wordt ook algemeen beschouwd als een belangrijke kandidaat als de brandstof bij uitstek voor brandstofceltoepassingen voor voertuigen.

• 

  Fig. 1-Indirecte GTL-routes voor het monetariseren van gas.

Geschiedenis

Methanol werd voor het eerst geproduceerd door destructieve distillatie van hout. Toen de vraag groeide, werden synthetische processen ontwikkeld om methanol op economische wijze te produceren. De Aniline- und Sodafabriek van Baden/Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF), die het grootste deel van het pionierswerk op het gebied van syngaschemie verrichtte, kreeg in 1913 het eerste octrooi op de productie van methanol. De eerste fabriek voor synthetische methanol op commerciële schaal werd in 1923 opgestart in de Leuna-fabriek van BASF. Het methanolfabricageproces was gebaseerd op een zink/chromiakatalysator die koolstofoxiden en waterstof omzette in methanol bij een druk van 300 bar en temperaturen van meer dan 300°C. De hoge druk legde niet alleen beperkingen op aan de maximale omvang van de apparatuur, maar leidde ook tot een hoog energieverbruik per ton product. In het begin van de jaren zeventig werd de door Imperial Chemical Industries (ICI) ontwikkelde lagedrukmethanolsynthese op de markt gebracht, die was gebaseerd op een koperkatalysator die werkte bij lagere drukken (< 100 bar) en temperaturen (200 tot 300°C). Het proces werd ICI’s lagedrukmethanolproces genoemd.

Methanolproces

Methanolproductie vergt gewoonlijk drie stappen:

• Syngasbereiding
• Methanolsynthese
• Methanolzuivering/distillatie

Syngasbereiding

Syngasbereiding lijkt sterk op het Fisher-Tropsch (FT) gas-naar-vloeistoffen (GTL) proces, maar een belangrijk verschil is de schaal waarop syngas wordt geproduceerd. Syngas voor methanolsynthese kan worden bereid door gedeeltelijke oxidatie (POX) of door stoomreforming van de aardgasgrondstof. Voor een aardgasgrondstof met weinig zware koolwaterstoffen en zwavelonzuiverheden wordt een installatie op basis van stoomreforming als het meest kosteneffectief beschouwd, met een betere betrouwbaarheid en een hogere energie-efficiëntie. POX-installaties zijn in het algemeen geschikter voor de productie van syngas uit grondstoffen met zware koolwaterstoffen (bijv. stookolie). Een POX-gebaseerde eenheid voor aardgasaanvoer vereist een grotere luchtscheidingsinstallatie en produceert typisch substoichiometrisch syngas, dat extra verwerking vereist voor methanolsynthese.

Natuurgas kan met stoom worden hervormd volgens een van de volgende schema’s:

• Tubular reforming met een gestookte reformer oven
• Combined reforming met een gestookte reformer oven gevolgd door een zuurstofgeblazen autothermische reforming (ATR)
• Heat-exchange reforming zonder een tubular reformer oven, maar met ATR

Methanolsynthese

Alle commerciële methanolfabrieken maken momenteel gebruik van gasfasesynthesetechnologie. De druk in het synthesecircuit, het type reactor en de methode voor de terugwinning van afvalwarmte maken een groot verschil tussen de gasfase-methanolsynthesesystemen. Alle moderne methanolprocessen met een grote capaciteit maken gebruik van lagedruksyntheselussen met katalysatoren op basis van koper. Quench-type, multibed intercooled, of isothermische reactoren worden gebruikt om de grootte van de reactor te minimaliseren en de terugwinning van procesafvalwarmte te maximaliseren.

Methanol zuivering/destillatie

Crude methanol, ontvangen van een gasfase synthese reactor die syngas gebruikt met een stoichiometrisch getal van 2 of hoger, zal overmatig water bevatten (25 tot 35%). Naast het verwijderen van de lichtere componenten in een toppingkolom, worden dit water en andere zwaardere componenten verwijderd in een raffinagekolom. Reboiler-warmtebelasting wordt gewoonlijk verkregen door het syngas in het voorste gedeelte van de installatie af te koelen. Gewoonlijk wordt een distillatieschema met twee of drie kolommen gebruikt.

De distillatieschema’s voor ethanol die door verschillende licentiegevers worden gebruikt, zijn vergelijkbaar. Het distillatieschema met twee kolommen heeft lage kapitaaluitgaven en het distillatieschema met drie kolommen heeft een laag energieverbruik. Normaliter wordt gekozen voor het systeem dat beter integreert met de syngasvoorbereiding en de synthese. Verscheidene technologieleveranciers verlenen licenties voor de procestechnologie voor methanol:

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

Screeningcriteria

Tot enkele jaren geleden werd de omvang van een grootschalige methanolfabriek met één trein beschouwd als 2000 tot 2500 ton per dag. Schaalvoordelen en marktomstandigheden leiden echter tot een tendens naar de bouw van fabrieken van grotere omvang met een capaciteit van meer dan 3.000 duizend ton per dag. Twee installaties met een capaciteit van 5000 ton per dag zijn momenteel in aanbouw, en over verscheidene grote methanolfabrieken wordt gesproken. Het typische gasverbruik voor een methanolfabriek op wereldschaal varieert van 28 tot 31 miljoen Btu per ton product op basis van de LHV van het basisproduct; een methanolfabriek van 5000 ton per dag zal dus ongeveer 157 MMscf/D gas verbruiken. Voor een projectduur van 20 jaar is een gasveld van ten minste 1,15 Tcf nodig om een fabriek van deze omvang te ondersteunen.

De economische aspecten van methanol zijn sterk afhankelijk van de productiekosten en de verkoopprijs van methanol. De markt voor methanol is onstabiel en concurrerend met grote prijsschommelingen. De belangrijkste onderdelen van de productiekosten van methanol zijn de gasprijs en de investeringskosten van de installatie. In een aantal literatuurbronnen worden de investeringskosten voor methanolfabrieken op basis van stoomreforming gepresenteerd. De investeringskosten voor grootschalige methanolfabrieken op basis van geavanceerde technologieën voor het genereren van syngas zullen naar verwachting lager zijn. Een producent op een afgelegen locatie moet ook rekening houden met transportkosten voor het vervoer van het methanolproduct naar de markt.

Methanolvraag

De geleidelijke afschaffing van MTBE (MTBE) in de Verenigde Staten zal gevolgen hebben voor de wereldwijde vraag naar methanol; verwacht wordt echter dat de afschaffing langzaam zal verlopen en van lange duur zal zijn. De methanolmarkt is momenteel verzadigd met voldoende beschikbare capaciteit. Verwacht wordt dat nieuwe fabrieken met een grote capaciteit tegen 2004-2005 operationeel zullen zijn.

De methanolmarkt is verzadigd; verwacht wordt echter dat nieuwe fabrieken zullen worden gebouwd. In de toekomst zal nieuwe productie tegen lage kosten de bestaande producenten met hoge kosten verdringen, tenzij nieuwe toepassingen voor methanol worden gevonden. Naast de traditionele markten heeft methanol het potentieel om te worden gebruikt in een verscheidenheid van toepassingen: energieopwekking door brandstofcellen, als transportbrandstof direct of door brandstofcellen, en als grondstof voor de productie van olefinen. Indien deze nieuwe toepassingen ingang vinden, zou dit kunnen leiden tot een sterke toename van de vraag naar methanolfabrieken.

Noteworthy papers in OnePetro

Gebruik deze sectie om papers in OnePetro op te sommen die een lezer die meer wil weten zeker zou moeten lezen

Gebruik deze sectie om links te geven naar relevant materiaal op andere websites dan PetroWiki en OnePetro

Zie ook

Gasgebruiksopties

Gas naar vloeistoffen (GTL)

Gas naar energie

Gaspijpleidingen

Gas als meststof

Monetizing stranded gas

Stranded gas

Transport van stranded gas als hydraten

PEH:Monetiseren_Stranded_Gas