De la gaz la metanol

Gazul natural este materia primă utilizată în cea mai mare parte a producției mondiale de metanol. Metanolul este un produs petrochimic lichid primar fabricat din combustibili fosili regenerabili și neregenerabili care conțin carbon și hidrogen. Conținând un atom de carbon, metanolul este cel mai simplu alcool. Este un lichid incolor și insipid și este cunoscut în mod obișnuit sub numele de „alcool de lemn.”

Gazul de eșapament poate fi monetizat prin producerea de metanol chimic (sau de calitate combustibil) și transportarea acestuia pe piață. Începând cu anii 1980, a avut loc o schimbare semnificativă în modul de funcționare a pieței de metanol. Producătorii de metanol de la distanță au început să câștige cotă de piață față de locurile de producție stabilite de mult timp în apropierea clienților. Economia gazului a fost forța motrice din spatele acestor schimbări. Pe măsură ce cererea de gaz a crescut, producătorii de metanol din America de Nord și Europa au fost eliminați. Deoarece metanolul poate fi transportat cu ușurință, producția de metanol s-a mutat în locații îndepărtate, unde gazul este mai ieftin.

Utilizarea metanolului

Metanolul este un element chimic de bază utilizat pentru a produce formaldehidă, acid acetic și o varietate de alți intermediari chimici. Fig. 1 prezintă gama de produse derivate din metanol. O cantitate semnificativă de metanol este utilizată pentru a produce metil terț-butil eter, un aditiv utilizat în benzină cu ardere mai curată. Metanolul este unul dintre numeroșii combustibili care ar putea înlocui benzina sau motorina în autoturisme, camioane ușoare, camioane și autobuze de mare tonaj. Datorită performanțelor sale remarcabile și a caracteristicilor de siguranță împotriva incendiilor, metanolul este singurul combustibil utilizat în mașinile de curse de tip Indianapolis. Metanolul este, de asemenea, considerat pe scară largă un candidat de frunte ca fiind combustibilul preferat pentru aplicațiile cu pile de combustie pentru vehicule.

• 

  Fig. 1-Rutele GTL indirecte pentru monetizarea gazelor.

Istorie

Metanolul a fost produs pentru prima dată prin distilarea distructivă a lemnului. Pe măsură ce cererea a crescut, au fost dezvoltate procese sintetice pentru a produce metanol în mod economic. Baden Aniline and Soda Factory/Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF), care a desfășurat cea mai mare parte a activității de pionierat în domeniul chimiei gazului de sinteză, a primit primul brevet privind producția de metanol în 1913. Prima fabrică de metanol sintetic la scară comercială a fost pornită în 1923 la uzina BASF din Leuna. Procesul de fabricare a metanolului se baza pe un catalizator zinc/cromo care transforma oxizi de carbon și hidrogen în metanol la presiuni de 300 bar și temperaturi de peste 300°C. Presiunea ridicată nu numai că a impus limitări în ceea ce privește dimensiunea maximă a echipamentelor, dar a dus și la un consum ridicat de energie pe tona de produs. La începutul anilor 1970 a fost comercializată sinteza metanolului la presiune joasă, dezvoltată de Imperial Chemical Industries (ICI), care se baza pe un catalizator de cupru care funcționa la presiuni mai mici (< 100 bar) și temperaturi (200 până la 300°C). Procesul a fost denumit procesul de metanol la presiune joasă al ICI.

Procesul de obținere a metanolului

Procesul de obținere a metanolului necesită de obicei trei etape:

• Prepararea gazului de sinteză
• Sinteza metanolului
• Purificarea/distilarea metanolului

Prepararea gazului de sinteză

Prepararea gazului de sinteză este foarte asemănătoare cu procesul Fisher-Tropsch (FT) de transformare a gazului în lichide (GTL), dar o diferență majoră este reprezentată de scara la care se produce gazul de sinteză. Gazul de sinteză pentru sinteza metanolului poate fi preparat fie prin oxidare parțială (POX), fie prin reformarea cu abur a materiei prime de gaz natural. Pentru o materie primă de gaz natural cu puține hidrocarburi grele și impurități de sulf în ea, o instalație bazată pe reformare cu abur este considerată cea mai rentabilă, cu o fiabilitate mai bună și o eficiență energetică mai mare. Unitățile bazate pe POX sunt, în general, mai potrivite pentru generarea de gaz de sinteză din materii prime de hidrocarburi grele (de exemplu, păcură). O unitate bazată pe POX pentru alimentarea cu gaze naturale necesită o instalație de separare a aerului mai mare și produce, de obicei, gaz de sinteză substoichiometric, care necesită o prelucrare suplimentară pentru sinteza metanolului.

Gazul natural poate fi reformat cu abur cu oricare dintre următoarele scheme:

• Reformare tubulară cu un cuptor de reformare cu foc
• Reformare combinată cu un cuptor de reformare cu foc, urmată de o reformare autotermală cu suflare de oxigen (ATR)
• Reformare prin schimb de căldură fără un cuptor de reformare tubular, dar cu ATR

Sinteza metanolului

Toate instalațiile comerciale de metanol utilizează în prezent tehnologia de sinteză în fază gazoasă. Presiunea buclei de sinteză, tipul de reactor utilizat și metoda de recuperare a căldurii reziduale diferențiază în mare măsură schemele de sinteză a metanolului în fază gazoasă. Toate procesele moderne de metanol de mare capacitate utilizează bucle de sinteză de joasă presiune cu catalizatori pe bază de cupru. Pentru a minimiza dimensiunea reactorului și a maximiza recuperarea căldurii reziduale de proces, se folosesc reactoare de tip Quench, cu mai multe straturi de răcire intermediară sau izoterme.

Purificarea/distilarea metanolului

Metanolul brut, primit de la un reactor de sinteză în fază gazoasă care utilizează gaz de sinteză cu un număr stoichiometric de 2 sau mai mare, va avea un conținut excesiv de apă (25 până la 35%). Pe lângă eliminarea componentelor mai ușoare într-o coloană de topping, această apă și alte substanțe grele sunt eliminate într-o coloană de rafinare. Sarcina termică a reboilerului este obținută de obicei prin răcirea gazului de sinteză în partea frontală a instalației. Se utilizează de obicei o schemă de distilare pe două sau trei coloane.

Schemele de distilare a metanolului utilizate de diferiți licențiatori sunt similare. Schema de distilare pe două coloane oferă cheltuieli de capital reduse, iar schema de distilare pe trei coloane oferă caracteristici de consum redus de energie. În mod normal, se alege schema care se integrează mai bine cu secțiunea de preparare și sinteză a gazului de sinteză. Mai mulți furnizori de tehnologie acordă licențe pentru tehnologia de procesare a metanolului:

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

Criterii de selecție

Până în urmă cu câțiva ani, dimensiunea unei instalații mari de metanol cu o singură instalație era considerată a fi de 2000 până la 2500 de tone metrice pe zi. Cu toate acestea, economiile de scară și condițiile de piață determină tendința de a construi uzine de dimensiuni mai mari, cu capacități de peste 3.000 de mii de tone pe zi. Două uzine cu capacități de 5 000 de tone metrice pe zi sunt în prezent în construcție, iar mai multe uzine mari de metanol sunt în discuție. Consumul tipic de gaz pentru o uzină de metanol la scară mondială variază între 28 și 31 de milioane de Btu pe tonă metrică de produs, în funcție de LHV al hranei; prin urmare, o uzină de metanol de 5 000 de tone metrice pe zi va utiliza aproximativ 157 MMscf/D de gaz. Pentru o durată de viață a proiectului de 20 de ani, este necesară o dimensiune a zăcământului de gaze de cel puțin 1,15 Tcf pentru a susține o uzină de această dimensiune.

Economia metanolului depinde foarte mult de costul de producție și de prețul de vânzare al metanolului. Piața pentru metanol este volatilă și competitivă, cu oscilații mari ale prețului. Principalele componente ale costului de producție al metanolului sunt prețul gazului și costul de investiție al instalației. O serie de surse bibliografice prezintă costurile de investiție pentru instalațiile de metanol pe bază de reformare cu abur. Costurile de investiție pentru instalațiile de metanol la scară largă bazate pe tehnologii avansate de generare a gazului de sinteză sunt estimate a fi mai mici. Un producător dintr-o locație îndepărtată trebuie, de asemenea, să ia în considerare costurile de expediere pentru transportul produsului de metanol către piață.

Demanda de metanol

Dispariția treptată a eterului metil terț-butil butilic (MTBE) în Statele Unite va avea un efect asupra cererii de metanol la nivel mondial; cu toate acestea, se așteaptă ca această dispariție să fie lentă și prelungită. Piața metanolului este în prezent saturată, cu o capacitate disponibilă adecvată. Se așteaptă ca noi uzine de mare capacitate să intre în funcțiune până în 2004-2005.

Piața de metanol este saturată; cu toate acestea, se așteaptă ca noi uzine să fie construite. În viitor, noua producție cu costuri reduse va înlocui producătorii existenți cu costuri ridicate, cu excepția cazului în care vor fi stabilite noi aplicații pentru metanol. În afară de piețele tradiționale, metanolul are potențialul de a fi utilizat într-o varietate de aplicații: generarea de energie prin pile de combustie, ca și combustibil pentru transport direct sau prin pile de combustie și ca materie primă pentru producerea de olefine. Aceste noi aplicații, dacă se stabilesc, ar putea duce la o creștere bruscă a cererii pentru fabricile de metanol.

Documente demne de luat în seamă în OnePetro

Utilizați această secțiune pentru a enumera documentele din OnePetro pe care un cititor care dorește să afle mai multe ar trebui neapărat să le citească

Utilizați această secțiune pentru a furniza link-uri către materiale relevante pe alte site-uri web decât PetroWiki și OnePetro

.

A se vedea și

Opțiuni de utilizare a gazelor naturale

Gazul la lichide (GTL)

Gazul la energie electrică

Gazoducte

Gazul ca materie primă pentru îngrășăminte

Monetizarea gazelor naturale discontinue

Gaze naturale discontinue

Transportul gazelor naturale discontinue sub formă de hidrați

PEH:Monetizing_Stranded_Gas

.