Gas till metanol

Naturgas är den råvara som används i större delen av världens metanolproduktion. Metanol är en primär flytande petrokemisk produkt som tillverkas av förnybara och icke förnybara fossila bränslen som innehåller kol och väte. Metanol innehåller en kolatom och är den enklaste alkoholen. Det är en färglös, smaklös vätska och är allmänt känd som ”träalkohol”.

Stranded gas kan tjäna pengar genom att producera kemisk metanol (eller metanol av bränslekvalitet) och transportera den till marknaden. Sedan 1980-talet har det skett en betydande förändring i hur metanolmarknaden har fungerat. Fjärrproducenter av metanol har börjat vinna marknadsandelar i förhållande till långvarigt etablerade produktionsanläggningar nära kunderna. Gasekonomi har varit den drivande kraften bakom dessa förändringar. I takt med att efterfrågan på gas har ökat har metanolproducenterna i Nordamerika och Europa trängts undan. Eftersom metanol lätt kan transporteras har metanolproduktionen flyttats till avlägsna platser där gasen är billigare.

Användning av metanol

Metanol är en kemisk byggsten som används för att framställa formaldehyd, ättiksyra och en mängd andra kemiska mellanprodukter. Fig. 1 visar det utbud av produkter som framställs av metanol. En betydande mängd metanol används för att framställa metyltertiärbutyleter, en tillsats som används i renare bensin. Metanol är ett av flera bränslen som skulle kunna ersätta bensin eller dieselbränsle i personbilar, lätta lastbilar och tunga lastbilar och bussar. På grund av dess enastående prestanda och brandsäkerhet är metanol det enda bränsle som används i tävlingsbilar av Indianapolis-typ. Metanol anses också allmänt vara en ledande kandidat som det bästa bränslet för bränsleceller i fordon.

• 

  Fig. 1-Indirekta GTL-rutter för monetarisering av gas.

Historia

Metanol framställdes först genom destruktiv destillation av trä. När efterfrågan ökade utvecklades syntetiska processer för att producera metanol på ett ekonomiskt sätt. Baden Aniline and Soda Factory/Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF), som utförde det mesta av pionjärarbetet inom syntesgas-kemin, fick det första patentet på produktion av metanol 1913. Den första anläggningen för syntetisk metanol i kommersiell skala startades 1923 vid BASF:s fabrik i Leuna. Metanoltillverkningsprocessen baserades på en zink/krom-katalysator som omvandlade koloxider och väte till metanol vid ett tryck på 300 bar och temperaturer över 300 °C. Det höga trycket innebar inte bara begränsningar för utrustningens maximala storlek utan också en hög energiförbrukning per ton produkt. I början av 1970-talet kommersialiserades lågtryckssyntesen av metanol som utvecklades av Imperial Chemical Industries (ICI) och som byggde på en kopparkatalysator som arbetar vid lägre tryck (< 100 bar) och temperaturer (200 till 300°C). Processen kallades ICI:s lågtrycksmetanolprocess.

Metanolprocessen

För att producera metanol krävs vanligtvis tre steg:

• Syngasberedning
• Metanolsyntes
• Metanolrening/destillation

Syngasberedning

Syngasberedningen liknar i hög grad Fisher-Tropsch-processen (FT) för omvandling av gas till vätskor (GTL), men en stor skillnad är skalan på vilken syngasen produceras. Syngas för metanolsyntes kan framställas antingen genom partiell oxidation (POX) eller ångreformering av naturgasråvaran. För en naturgasråvara med lite tunga kolväten och svavelföroreningar anses en ångreformationsbaserad anläggning vara den mest kostnadseffektiva, med bättre tillförlitlighet och högre energieffektivitet. POX-baserade enheter är i allmänhet mer lämpade för syntesgasproduktion från råvaror med tunga kolväten (t.ex. eldningsolja). En POX-baserad enhet för naturgasmatning kräver en större luftseparationsanläggning och producerar vanligtvis understoikometrisk syntesgas, vilket kräver ytterligare bearbetning för metanolsyntes.

Naturgas kan ångreformeras med något av följande system:

• Rörformning med en eldad reformerugn
• Kombinerad reformering med en eldad reformerugn följt av en syrgasblåst autotermisk reformering (ATR)
• Värmeutbytesreformering utan en rörformad reformerugn, men med ATR

Metanolsyntes

Alla kommersiella metanolfabriker använder sig för närvarande av syntesteknik i gasfas. Synteslooptrycket, den använda reaktortypen och metoden för återvinning av spillvärme skiljer i stort sett alla system för metanolsyntes i gasfas från varandra. Alla moderna metanolprocesser med stor kapacitet använder syntesloopar med lågt tryck och kopparbaserade katalysatorer. Reaktorer av quench-typ, flerbäddsinterkylda eller isotermiska reaktorer används för att minimera reaktorstorleken och maximera återvinningen av processens spillvärme.

Metanolrening/destillation

Råmetanol, som erhålls från en gasfas-syntesreaktor som använder syntesgas med ett stökiometriskt tal på 2 eller högre, kommer att innehålla överdrivet mycket vatten (25 till 35 %). Förutom att de lättare komponenterna avlägsnas i en toppningskolonn avlägsnas detta vatten och andra tunga ämnen i en raffineringskolonn. Värmeutnyttjandet i omröraren erhålls vanligen genom kylning av syntesgasen i anläggningens främre del. Ett destillationssystem med två eller tre kolonner används vanligtvis.

Destillationssystem för metanol som används av olika licensgivare är likartade. Tvåkolonndestillationssystemet ger låga kapitalkostnader och trekolonndestillationssystemet ger låg energiförbrukning. Normalt väljs det system som integreras bättre med berednings- och syntessektionen för syntesgas. Flera teknikleverantörer licensierar processtekniken för metanol:

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

Screeningkriterier

Till för några år sedan ansågs storleken på en storskalig metanolanläggning med ett enda tåg vara 2 000 till 2 500 ton per dag. Stordriftsfördelar och marknadsvillkor driver dock utvecklingen mot att bygga större anläggningar med en kapacitet på över 3 000 tusen ton per dag. Två anläggningar med en kapacitet på 5 000 ton per dag är för närvarande under uppbyggnad, och flera stora metanolanläggningar diskuteras. Den typiska gasförbrukningen för en metanolanläggning i världsskala ligger mellan 28 och 31 miljoner Btu per ton produkt baserat på matningens LHV. En metanolanläggning med en kapacitet på 5 000 ton per dag kommer därför att förbruka cirka 157 MMscf/D gas. För en projekttid på 20 år krävs ett gasfält på minst 1,15 Tcf för att stödja en anläggning av denna storlek.

De ekonomiska aspekterna av metanol är mycket beroende av produktionskostnaden och försäljningspriset på metanol. Marknaden för metanol är instabil och konkurrensutsatt med stora svängningar i priset. De viktigaste komponenterna i produktionskostnaden för metanol är gaspriset och investeringskostnaden för anläggningen. I ett antal litteraturkällor presenteras investeringskostnaderna för metanolanläggningar baserade på ångreformering. Investeringskostnaderna för storskaliga metanolanläggningar som bygger på avancerad teknik för framställning av syntesgas förväntas vara lägre. En producent på en avlägsen plats måste också ta hänsyn till fraktkostnaderna för att transportera metanolprodukten till marknaden.

Efterfrågan på metanol

Avvecklingen av metyl-tertiär-butyleter (MTBE) i Förenta staterna kommer att påverka den globala efterfrågan på metanol, men avvecklingen väntas bli långsam och utdragen. Metanolmarknaden är för närvarande mättad med tillräcklig tillgänglig kapacitet. Nya anläggningar med stor kapacitet förväntas vara i drift 2004-2005.

Metanolmarknaden är mättad, men det förväntas att nya anläggningar kommer att byggas. I framtiden kommer ny lågkostnadsproduktion att tränga undan befintliga högkostnadsproducenter om inte nya användningsområden för metanol etableras. Förutom de traditionella marknaderna har metanol potential att användas i en rad olika tillämpningar: elproduktion genom bränsleceller, som transportbränsle direkt eller genom bränsleceller och som råvara för produktion av olefiner. Dessa nya tillämpningar kan, om de etableras, leda till en kraftig ökning av efterfrågan på metanolanläggningar.

Noteworthy papers in OnePetro

Använd det här avsnittet för att förteckna artiklar i OnePetro som en läsare som vill lära sig mer definitivt bör läsa

Använd det här avsnittet för att tillhandahålla länkar till relevant material på andra webbplatser än PetroWiki och OnePetro

.

Se även

Möjligheter att utnyttja gasen

Gas till vätskor (GTL)

Gas till energi

Gasledningar

Gas till gas

Gas. som gödselmedel

Monetisering av strandad gas

Strandad gas

Transport av strandad gas som hydrater

PEH:Monetarisering av strandad gas