Gaz do metanolu

Gaz ziemny jest surowcem wykorzystywanym w większości światowej produkcji metanolu. Metanol jest podstawowym ciekłym produktem petrochemicznym wytwarzanym z odnawialnych i nieodnawialnych paliw kopalnych zawierających węgiel i wodór. Zawierając jeden atom węgla, metanol jest najprostszym alkoholem. Jest bezbarwną, bezsmakową cieczą i jest powszechnie znany jako „alkohol drzewny.”

Gaz ziemny może być spieniężony poprzez produkcję chemicznego (lub paliwowego) metanolu i transportowanie go na rynek. Od lat 80. nastąpiła znacząca zmiana w sposobie funkcjonowania rynku metanolu. Odlegli producenci metanolu zaczęli zdobywać udziały w rynku w stosunku do długoletnich zakładów produkcyjnych położonych blisko odbiorców. Siłą napędową tych zmian była ekonomika gazu. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na gaz, producenci metanolu w Ameryce Północnej i Europie zostali wyparci z rynku. Because methanol can be transported easily, methanol production has moved to remote locations where gas is cheaper.

Use of methanol

Methanol is a chemical building block used to produce formaldehyde, acetic acid, and a variety of other chemical intermediates. Rys. 1 przedstawia zakres produktów otrzymywanych z metanolu. Znaczna ilość metanolu jest używana do produkcji eteru metylo-tert-butylowego, dodatku stosowanego w czystszej benzynie. Metanol jest jednym z wielu paliw, które mogłyby zastąpić benzynę lub olej napędowy w samochodach osobowych, lekkich ciężarówkach oraz ciężkich samochodach ciężarowych i autobusach. Ze względu na swoje doskonałe osiągi i właściwości przeciwpożarowe, metanol jest jedynym paliwem stosowanym w samochodach wyścigowych typu Indianapolis. Metanol jest również powszechnie uważany za wiodącego kandydata na paliwo z wyboru do zastosowań w samochodowych ogniwach paliwowych.

• 

  Fig. 1-Pośrednie drogi GTL do monetyzacji gazu.

Historia

Metanol był najpierw produkowany przez destrukcyjną destylację drewna. Wraz z rosnącym popytem opracowano syntetyczne procesy pozwalające na ekonomiczną produkcję metanolu. Baden Aniline and Soda Factory/Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF), która wykonała większość pionierskich prac nad chemią syngazu, otrzymała pierwszy patent na produkcję metanolu w 1913 roku. Pierwszy zakład produkujący syntetyczny metanol na skalę przemysłową został uruchomiony w 1923 r. w zakładach BASF w Leunie. Proces produkcji metanolu opierał się na katalizatorze cynkowo-chromowym, który przy ciśnieniu 300 barów i temperaturze przekraczającej 300°C przekształcał tlenki węgla i wodór w metanol. Wysokie ciśnienie nie tylko nakładało ograniczenia na maksymalne rozmiary urządzeń, ale także powodowało wysokie zużycie energii na tonę produktu. Na początku lat 70. ubiegłego wieku skomercjalizowano niskociśnieniową syntezę metanolu opracowaną przez Imperial Chemical Industries (ICI), która opierała się na katalizatorze miedziowym pracującym przy niższych ciśnieniach (< 100 bar) i temperaturach (200 do 300°C). Proces ten nazwano niskociśnieniowym procesem metanolowym ICI.

Proces metanolowy

Produkcja metanolu wymaga zazwyczaj trzech etapów:

• Preparacja syngazu
• Synteza metanolu
• Oczyszczanie/destylacja metanolu

Preparacja syngazu

Preparacja syngazu jest bardzo podobna do procesu Fisher-Tropsch (FT) gas to liquids (GTL), ale istotną różnicą jest skala, w jakiej produkowany jest syngaz. Syngaz do syntezy metanolu może być otrzymywany w procesie częściowego utleniania (POX) lub reformingu parowego gazu ziemnego. W przypadku gazu ziemnego z niewielką ilością ciężkich węglowodorów i zanieczyszczeń siarkowych, instalacja oparta na reformingu parowym jest uważana za najbardziej efektywną kosztowo, o większej niezawodności i wyższej wydajności energetycznej. Jednostki oparte na POX są generalnie bardziej odpowiednie do wytwarzania syngazu z ciężkich węglowodorowych surowców (np. olej opałowy). Jednostka oparta na POX do zasilania gazem ziemnym wymaga większej instalacji separacji powietrza i zazwyczaj wytwarza substechiometryczny syngaz, który wymaga dodatkowego przetwarzania do syntezy metanolu.

Gaz ziemny może być reformowany parą wodną za pomocą któregokolwiek z następujących schematów:

• Reforming rurowy z opalanym piecem do reformowania
• Kombinowany reforming z opalanym piecem do reformowania, po którym następuje autotermiczny reforming z przedmuchem tlenu (ATR)
• Reforming z wymianą ciepła bez rurowego pieca do reformowania, ale z ATR

Synteza metanolu

Wszystkie komercyjne zakłady produkcji metanolu wykorzystują obecnie technologię syntezy w fazie gazowej. Ciśnienie w pętli syntezy, typ reaktora i sposób odzysku ciepła odpadowego zasadniczo różnicują schematy syntezy metanolu w fazie gazowej. Wszystkie nowoczesne procesy metanolowe o dużej wydajności wykorzystują niskociśnieniowe pętle syntezy z katalizatorami na bazie miedzi. Reaktory typu Quench, wielowarstwowe chłodzone międzystopniowo lub izotermiczne są używane w celu zminimalizowania rozmiarów reaktora i maksymalizacji odzysku ciepła odpadowego z procesu.

Oczyszczanie/destylacja metanolu

Surowy metanol, otrzymany z reaktora syntezy gazowej, który wykorzystuje syngaz o liczbie stechiometrycznej 2 lub wyższej, będzie miał nadmiar wody (25 do 35%). Poza usunięciem lżejszych składników w kolumnie do dolewek, woda ta i inne ciężkie składniki są usuwane w kolumnie rafinacyjnej. Moc cieplną kotła odzyskowego uzyskuje się zazwyczaj poprzez schładzanie syngazu w przedniej części instalacji. Zazwyczaj stosuje się dwu- lub trzykolumnowy schemat destylacji.

Schematy destylacji metanolu stosowane przez różnych licencjodawców są podobne. System destylacji dwukolumnowej oferuje niskie nakłady kapitałowe, a system destylacji trójkolumnowej charakteryzuje się niskim zużyciem energii. Zazwyczaj wybiera się ten schemat, który lepiej integruje się z sekcją przygotowania syngazu i syntezy. Kilku dostawców technologii licencjonuje technologię procesu dla metanolu:

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

Kryteria przesiewu

Jeszcze kilka lat temu za wielkość wielkoskalowego zakładu metanolu z pojedynczym ciągiem technologicznym uważano 2000 do 2500 ton metrycznych dziennie. Jednak korzyści skali i warunki rynkowe powodują, że coraz częściej buduje się większe zakłady o wydajności przekraczającej 3000 tys. ton na dobę. Obecnie w budowie znajdują się dwie instalacje o wydajności 5000 ton na dobę, a kilka dużych instalacji metanolu jest w fazie dyskusji. Typowe zużycie gazu dla światowej skali instalacji metanolu waha się od 28 do 31 milionów Btu na tonę metryczną produktu w zależności od LHV wsadu; zatem instalacja metanolu o wydajności 5000 ton metrycznych dziennie zużywa około 157 MMscf/D gazu. Dla projektu żywotności 20 lat, wielkość pola gazowego co najmniej 1,15 Tcf jest wymagane do wspierania zakładu tej wielkości.

Ekonomia metanolu są bardzo zależne od kosztów produkcji i ceny sprzedaży metanolu. Rynek metanolu jest zmienny i konkurencyjny, z dużymi wahaniami cen. Głównymi składnikami kosztu produkcji metanolu są cena gazu oraz koszt inwestycyjny zakładu. Szereg źródeł literaturowych przedstawia koszty inwestycyjne dla instalacji metanolu opartych na reformingu parowym. Oczekuje się, że koszty inwestycyjne dla dużych instalacji metanolu opartych na zaawansowanych technologiach wytwarzania syngazu będą niższe. Producent zlokalizowany w odległym miejscu musi również wziąć pod uwagę koszty transportu produktu metanolowego na rynek. Rynek metanolu jest obecnie nasycony, a dostępne moce produkcyjne wystarczające. New large-capacity plants are expected to be on stream by 2004-2005.

The methanol market is saturated; however, it is expected that new plants will be built. W przyszłości nowa tania produkcja wyprze istniejących producentów o wysokich kosztach, chyba że powstaną nowe zastosowania dla metanolu. Poza tradycyjnymi rynkami, metanol może być potencjalnie wykorzystywany w różnych zastosowaniach: do wytwarzania energii elektrycznej przez ogniwa paliwowe, jako paliwo transportowe bezpośrednio lub przez ogniwa paliwowe oraz jako surowiec do produkcji olefin. Te nowe zastosowania, jeśli powstaną, mogą doprowadzić do gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na zakłady produkujące metanol.

Prace godne uwagi w OnePetro

Użyj tej sekcji aby wymienić prace w OnePetro, które czytelnik chcący dowiedzieć się więcej powinien koniecznie przeczytać

Użyj tej sekcji aby podać linki do odpowiednich materiałów na stronach innych niż PetroWiki i OnePetro

.

Zobacz także

Opcje wykorzystania gazu

Gas to liquids (GTL)

Gas to power

Rurociągi gazowe

Gaz jako surowiec do produkcji nawozów

Monetyzacja gazu ziemnego

Gaz ziemny

Transport gazu ziemnego w postaci hydratów

PEH:Monetizing_Stranded_Gas

.