Il gas naturale è la materia prima utilizzata nella maggior parte della produzione mondiale di metanolo. Il metanolo è un prodotto petrolchimico liquido primario ottenuto da combustibili fossili rinnovabili e non rinnovabili contenenti carbonio e idrogeno. Contenendo un atomo di carbonio, il metanolo è l’alcol più semplice. È un liquido incolore e insapore ed è comunemente conosciuto come “alcol di legno”.

Il gas incagliato può essere monetizzato producendo metanolo chimico (o combustibile) e trasportandolo sul mercato. Dagli anni ’80, c’è stato un cambiamento significativo nel modo in cui il mercato del metanolo ha funzionato. I produttori remoti di metanolo hanno cominciato a guadagnare quote di mercato rispetto ai siti di produzione stabiliti da tempo vicino ai clienti. L’economia del gas è stata la forza trainante di questi cambiamenti. Con l’aumento della domanda di gas, i produttori di metanolo del Nord America e dell’Europa sono stati messi fuori gioco. Poiché il metanolo può essere trasportato facilmente, la produzione di metanolo si è spostata in luoghi remoti dove il gas è più economico.

Uso del metanolo

Il metanolo è un blocco chimico usato per produrre formaldeide, acido acetico, e una varietà di altri intermedi chimici. La fig. 1 mostra la gamma di prodotti derivati dal metanolo. Una quantità significativa di metanolo è usata per produrre l’etere metilterbutilico, un additivo usato nella benzina a combustione più pulita. Il metanolo è uno dei numerosi combustibili che potrebbero sostituire la benzina o il gasolio nelle autovetture, nei camion leggeri, nei camion pesanti e negli autobus. A causa delle sue eccezionali prestazioni e caratteristiche di sicurezza antincendio, il metanolo è l’unico carburante usato nelle auto da corsa di Indianapolis. Il metanolo è anche ampiamente considerato un candidato leader come combustibile di scelta per applicazioni veicolari a celle a combustibile.

  • Fig. 1 – Percorsi GTL diretti per la monetizzazione del gas.

Storia

Il metanolo fu inizialmente prodotto dalla distillazione distruttiva del legno. Con la crescita della domanda, furono sviluppati processi sintetici per produrre metanolo in modo economico. Baden Aniline and Soda Factory/Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF), che fece la maggior parte del lavoro pionieristico sulla chimica del syngas, ottenne il primo brevetto sulla produzione di metanolo nel 1913. Il primo impianto di metanolo sintetico su scala commerciale fu avviato nel 1923 nello stabilimento BASF di Leuna. Il processo di produzione del metanolo era basato su un catalizzatore di zinco/cromo che convertiva ossidi di carbonio e idrogeno in metanolo a pressioni di 300 bar e temperature superiori a 300°C. L’alta pressione non solo imponeva limiti alle dimensioni massime delle attrezzature, ma comportava anche un alto consumo di energia per tonnellata di prodotto. I primi anni ’70 videro la commercializzazione della sintesi del metanolo a bassa pressione sviluppata da Imperial Chemical Industries (ICI), che si basava su un catalizzatore di rame operante a pressioni (< 100 bar) e temperature (da 200 a 300°C) inferiori. Il processo è stato chiamato processo di metanolo a bassa pressione di ICI.

Processo del metanolo

La produzione di metanolo richiede tipicamente tre fasi:

  • Preparazione del syngas
  • Sintesi del metanolo
  • Purificazione/distillazione del metanolo

Preparazione del syngas

La preparazione del syngas è molto simile al processo Fisher-Tropsch (FT) gas to liquids (GTL), ma una differenza importante è la scala in cui viene prodotto il syngas. Il syngas per la sintesi del metanolo può essere preparato sia con l’ossidazione parziale (POX) che con lo steam reforming del gas naturale. Per una materia prima di gas naturale con poche impurità di idrocarburi pesanti e zolfo, un impianto basato sul reforming a vapore è considerato più conveniente, con una migliore affidabilità e una maggiore efficienza energetica. Le unità basate su POX sono generalmente più adatte per la generazione di syngas da materie prime a base di idrocarburi pesanti (ad esempio, olio combustibile). Un’unità basata su POX per l’alimentazione del gas naturale richiede un impianto di separazione dell’aria più grande e tipicamente produce syngas substoichiometrico, che richiede un’ulteriore elaborazione per la sintesi del metanolo.

Il gas naturale può essere riformato a vapore con uno dei seguenti schemi:

  • Tubular reforming con un forno di reforming cotto
  • Riforming combinato con un forno di reforming cotto seguito da un autothermal reforming (ATR) a soffio di ossigeno
  • Riforming a scambio termico senza un forno di reforming tubolare, ma con ATR

Sintesi del metanolo

Tutti gli impianti commerciali di metanolo utilizzano attualmente la tecnologia di sintesi in fase gassosa. La pressione del circuito di sintesi, il tipo di reattore usato e il metodo di recupero del calore residuo differenziano ampiamente gli schemi di sintesi del metanolo in fase gassosa. Tutti i moderni processi di metanolo a grande capacità usano cicli di sintesi a bassa pressione con catalizzatori a base di rame. Reattori di tipo Quench, intercooled multibed, o isotermici sono usati per minimizzare le dimensioni del reattore e massimizzare il recupero del calore di scarto del processo.

Purificazione/distillazione del metanolo

Il metanolo grezzo, ricevuto da un reattore di sintesi in fase gassosa che usa syngas con un numero stechiometrico di 2 o superiore, avrà acqua in eccesso (25-35%). Oltre a rimuovere i componenti più leggeri in una colonna di topping, quest’acqua e altre sostanze pesanti vengono rimosse in una colonna di raffinazione. Il potere calorifico del ribollitore è tipicamente ottenuto raffreddando il syngas nella parte anteriore dell’impianto. Uno schema di distillazione a due o tre colonne è tipicamente usato.

Gli schemi di distillazione del metanolo usati da diversi licenzianti sono simili. Lo schema di distillazione a due colonne offre basse spese di capitale, e lo schema di distillazione a tre colonne offre caratteristiche di basso consumo energetico. Lo schema che si integra meglio con la sezione di preparazione e sintesi del syngas viene normalmente selezionato. Diversi fornitori di tecnologia concedono in licenza la tecnologia di processo per il metanolo:

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

Criteri di selezione

Fino a pochi anni fa, la dimensione di un impianto di metanolo su larga scala a singolo treno era considerata da 2000 a 2500 tonnellate al giorno. Tuttavia, le economie di scala e le condizioni di mercato stanno spingendo la tendenza a costruire impianti di dimensioni maggiori con capacità superiori a 3.000 mila tonnellate al giorno. Due impianti con capacità di 5000 tonnellate al giorno sono attualmente in costruzione, e diversi grandi impianti di metanolo sono in discussione. Il consumo tipico di gas per un impianto di metanolo su scala mondiale varia da 28 a 31 milioni di Btu per tonnellata metrica di prodotto in base al LHV dell’alimentazione; quindi, un impianto di metanolo da 5000 tonnellate al giorno userà circa 157 MMscf/D di gas. Per una durata del progetto di 20 anni, è necessario un giacimento di gas di almeno 1,15 Tcf per sostenere un impianto di queste dimensioni.

L’economia del metanolo dipende molto dal costo di produzione e dal prezzo di vendita del metanolo. Il mercato del metanolo è volatile e competitivo, con grandi oscillazioni di prezzo. Le componenti principali del costo di produzione del metanolo sono il prezzo del gas e il costo di investimento dell’impianto. Un certo numero di fonti della letteratura presenta i costi d’investimento per gli impianti di metanolo basati sulla steam-reforming. I costi di investimento per impianti di metanolo su larga scala basati su tecnologie avanzate di generazione di syngas dovrebbero essere più bassi. Un produttore in una posizione remota deve anche considerare i costi di spedizione per il trasporto del prodotto di metanolo al mercato.

Domanda di metanolo

Il phaseout dell’etere di butile terziario (MTBE) negli Stati Uniti avrà un effetto sulla domanda mondiale di metanolo; tuttavia, il phaseout dovrebbe essere lento e prolungato. Il mercato del metanolo è attualmente saturo con un’adeguata capacità disponibile. Nuovi impianti di grande capacità dovrebbero entrare in funzione entro il 2004-2005.

Il mercato del metanolo è saturo; tuttavia, ci si aspetta che vengano costruiti nuovi impianti. In futuro, la nuova produzione a basso costo sostituirà gli attuali produttori ad alto costo, a meno che non vengano stabilite nuove applicazioni per il metanolo. Oltre ai mercati tradizionali, il metanolo ha il potenziale per essere usato in una varietà di applicazioni: generazione di energia tramite celle a combustibile, come carburante per il trasporto direttamente o tramite celle a combustibile, e come materia prima per la produzione di olefine. Queste nuove applicazioni, se stabilite, potrebbero portare a un’impennata nella domanda di impianti di metanolo.

  1. 1.0 1.1 Haid, J. e Koss, U. 2001. La tecnologia Mega-Methanol di Lurgi apre la porta ad una nuova era nelle applicazioni downstream. Documento presentato al Natural Gas Conversion Symposium 2001, Girdwood, Alaska, 17-22 giugno.
  2. LeBlanc, J.R. 1994. Considerazioni economiche per nuovi progetti di metanolo. Hydrocarbon Technology Intl.
  3. Fitzpatrick, T. 2000. LCM-Leading the Way to Low Cost Methanol. Documento presentato alla World Methanol Conference 2000, Copenhagen, Danimarca, 8-10 novembre.

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