stringtranslate.com

Газ в жидкости

Танкеры СПГ используются для перевозки метана.

Газ в жидкости ( GTL ) — это процесс переработки природного газа или других газообразных углеводородов в углеводороды с более длинной цепью, такие как бензин или дизельное топливо . Газы, богатые метаном , перерабатываются в жидкое синтетическое топливо . Существуют две общие стратегии: (i) прямое частичное сжигание метана в метанол и (ii) процессы Фишера-Тропша , которые превращают окись углерода и водород в углеводороды. Стратегия II сопровождается различными методами преобразования смесей монооксида водорода и углерода в жидкости. Прямое частичное сгорание было продемонстрировано в природе, но не воспроизведено в коммерческих целях. Технологии, основанные на частичном сжигании, коммерциализируются в основном в регионах, где природный газ стоит недорого. [1] [2]

Целью GTL является производство жидкого топлива, которое легче транспортировать, чем метан. Метан необходимо охладить ниже критической температуры -82,3 °C, чтобы его можно было сжижать под давлением. Из-за связанного с ним криогенного оборудования для перевозки используются танкеры СПГ . Метанол — это горючая жидкость, с которой удобно обращаться, но его энергетическая плотность вдвое ниже, чем у бензина. [3]

Процесс Фишера-Тропша

Процесс GTL с использованием метода Фишера-Тропша

Процесс GtL может быть реализован с помощью процесса Фишера-Тропша, который включает несколько химических реакций, которые превращают смесь монооксида углерода (CO) и водорода (H 2 ) в длинноцепочечные углеводороды. Эти углеводороды обычно являются жидкими или полужидкими и в идеале имеют формулу (C n H 2 n +2 ).

Чтобы получить смесь CO и H 2 , необходимую для процесса Фишера-Тропша, метан (основной компонент природного газа) можно подвергнуть частичному окислению, в результате чего получается смесь сырого синтез-газа, состоящая в основном из диоксида углерода , оксида углерода и газообразного водорода. (а иногда вода и азот). [4] Соотношение монооксида углерода и водорода в смеси сырого синтез-газа можно регулировать, например, с помощью реакции конверсии водяного газа . Удаление примесей, особенно азота, диоксида углерода и воды, из смеси сырого синтез-газа дает чистый синтез-газ (синтез-газ).

Чистый синтез-газ направляется в процесс Фишера-Тропша, где синтез-газ реагирует на железном или кобальтовом катализаторе с образованием синтетических углеводородов, включая спирты.

Процесс превращения метана в метанол

Метанол производится из метана (природного газа) в результате трех реакций:

Паровой реформинг
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2   Δ r H = +206 кДж моль −1
Реакция сдвига воды
CO + H 2 O → CO 2 + H 2   Δ r H = -41 кДж моль −1
Синтез
2 H 2 + CO → CH 3 OH  Δ r H = -92 кДж моль −1

Образовавшийся таким образом метанол может быть преобразован в бензин по процессу Mobil и в метанол в олефины.

Метанол в бензин (MTG) и метанол в олефины

В начале 1970-х годов компания Mobil разработала альтернативную процедуру, при которой природный газ преобразуется в синтез-газ, а затем в метанол . Метанол реагирует в присутствии цеолитного катализатора с образованием алканов . С точки зрения механизма, метанол частично дегидратируется с образованием диметилового эфира :

2 CH 3 OH → CH 3 OCH 3 + H 2 O

Смесь диметилового эфира и метанола затем дополнительно обезвоживается на цеолитном катализаторе, таком как ZSM-5 , который на практике полимеризуется и гидрируется с получением бензина, в котором углеводороды с пятью или более атомами углерода составляют 80% топлива по весу. Процесс Mobil MTG практикуется на основе метанола, полученного из угля, в Китае компанией JAMG . Более современной реализацией MTG является синтез улучшенного бензина Топсе (TiGAS). [5]

Метанол можно превратить в олефины с использованием гетерогенных катализаторов на основе цеолита и SAPO . В зависимости от размера пор катализатора этот процесс может давать продукты C2 или C3, которые являются важными мономерами. [6] [7]

Сингаз в бензин плюс процесс (STG+)

Процесс СТГ+

Третий процесс преобразования газа в жидкость основан на технологии MTG путем преобразования синтез-газа, полученного из природного газа, в бензин и реактивное топливо с помощью термохимического одноконтурного процесса. [8]

Процесс STG+ состоит из четырех основных этапов в одном непрерывном цикле процесса. Этот процесс состоит из четырех последовательно соединенных реакторов с неподвижным слоем , в которых синтез-газ преобразуется в синтетическое топливо. Этапы производства высокооктанового синтетического бензина следующие: [9]

  1. Синтез метанола : Синтез-газ подается в реактор 1, первый из четырех реакторов, который преобразует большую часть синтез-газа (CO и H 2 ) в метанол ( CH 3 OH ) при прохождении через слой катализатора.
  2. Синтез диметилового эфира (ДМЭ). Богатый метанолом газ из реактора 1 затем подается в реактор 2, второй реактор STG+. Метанол подвергается воздействию катализатора , и большая его часть превращается в ДМЭ, что включает дегидратацию метанола с образованием ДМЭ ( CH 3 OCH 3 ).
  3. Синтез бензина: газообразный продукт реактора 2 затем подается в реактор 3, третий реактор, содержащий катализатор конверсии ДМЭ в углеводороды, включая парафины ( алканы ), ароматические соединения , нафтены ( циклоалканы ) и небольшие количества олефинов ( алкенов ), в основном из C 6 (количество атомов углерода в молекуле углеводорода) до C 10 .
  4. Очистка бензина: Четвертый реактор обеспечивает обработку трансалкилированием и гидрированием продуктов, поступающих из реактора 3. Обработка уменьшает количество компонентов дурола (тетраметилбензола)/изодурена и триметилбензола, которые имеют высокие температуры замерзания и должны быть сведены к минимуму в бензине. В результате синтетический бензин имеет высокое октановое число и желаемые вискозиметрические свойства.
  5. Сепаратор: Наконец, смесь из реактора 4 конденсируется с получением бензина. Неконденсированный газ и бензин разделяются в обычном конденсаторе/сепараторе. Большая часть неконденсированного газа из сепаратора продуктов становится рециркулируемым газом и направляется обратно в поток сырья в реактор 1, оставляя синтетический бензин, состоящий из парафинов, ароматических соединений и нафтенов.

Биологическое преобразование газа в жидкость (Bio-GTL)

Поскольку метан является основной мишенью для GTL, большое внимание было сосредоточено на трех ферментах, перерабатывающих метан. Эти ферменты поддерживают существование метанотрофов , микроорганизмов, которые метаболизируют метан как единственный источник углерода и энергии. Аэробные метанотрофы содержат ферменты, которые превращают метан в метанол. Соответствующими ферментами являются метанмонооксигеназы , которые встречаются как в растворимых, так и в дисперсных (т.е. мембраносвязанных) вариантах. Они катализируют оксигенацию в соответствии со следующей стехиометрией:

СН 4 + О 2 + НАДФН + Н + → СН 3 ОН + Н 2 О + НАД +

Анаэробные метанотрофы полагаются на биоконверсию метана с помощью ферментов, называемых метилкофермент М-редуктазами . Эти организмы осуществляют обратный метаногенез . Были предприняты напряженные усилия для выяснения механизмов действия этих ферментов, преобразующих метан, что позволило бы воспроизвести их катализ in vitro. [10]

Биодизель можно производить из CO 2 с использованием микробов Moorella thermoacetica и Yarrowia lipolytica . Этот процесс известен как биологическое превращение газа в жидкость. [11]

Коммерческое использование

Завод ИНФРА М100 GTL

Используя процессы преобразования газа в жидкость, нефтеперерабатывающие заводы могут перерабатывать часть своих газообразных отходов ( факельный газ ) в ценное жидкое топливо , которое можно продавать как есть или смешивать только с дизельным топливом . По оценкам Всемирного банка , ежегодно сжигается или выбрасывается в атмосферу более 150 миллиардов кубических метров (5,3 × 10 12  кубических футов) природного газа , что составляет примерно 30,6 миллиарда долларов, что эквивалентно 25% потребления газа в США или 30% потребления газа в США. Годовое потребление газа в Европейском Союзе, [12] ресурс, который может быть полезен при использовании GTL. Процессы преобразования газа в жидкость также могут использоваться для экономичной добычи газовых месторождений в местах, где строительство трубопровода нерентабельно. Этот процесс будет приобретать все большее значение по мере истощения запасов сырой нефти .^

Royal Dutch Shell производит дизельное топливо из природного газа на заводе в Бинтулу , Малайзия . Еще одним заводом Shell GTL является завод Pearl GTL в Катаре , крупнейший в мире завод GTL. [13] [14] Компания SASOL недавно построила завод Oryx GTL в промышленном городе Рас-Лаффан , Катар, а также совместно с «Узбекнефтегазом» и Petronas строит завод GTL в Узбекистане . [15] [16] [17] Chevron Corporation в рамках совместного предприятия с Нигерийской национальной нефтяной корпорацией вводит в эксплуатацию Escravos GTL в Нигерии , которая использует технологию Sasol. PetroSA, национальная нефтяная компания ЮАР, владеет и управляет заводом GTL производительностью 22 000 баррелей в день в Моссел Бэй, использующим технологию Sasol GTL. [18]  

Амбициозные и новые предприятия

Новое поколение технологии GTL разрабатывается для преобразования нетрадиционного, труднодоступного и проблемного газа в ценное жидкое топливо. [19] [20] Заводы GTL на основе инновационных катализаторов Фишера-Тропша были построены компанией INFRA Technology. Другие компании, в основном американские, включают Velocys, ENVIA Energy, Waste Management, NRG Energy, ThyssenKrupp Industrial Solutions, Liberty GTL, Petrobras , [21] Greenway Innovative Energy, [22] Primus Green Energy, [23] Compact GTL, [24] и Petronas. . [25] Некоторые из этих процессов зарекомендовали себя в демонстрационных полетах с использованием реактивного топлива. [26] [27]

Другое предлагаемое решение проблемы застрявшего газа предполагает использование нового FPSO для морской переработки газа в жидкости, такие как метанол , дизельное топливо , бензин , синтетическая нефть и нафта . [28]

Экономика GTL

GTL с использованием природного газа является более экономичным, когда существует большой разрыв между преобладающей ценой на природный газ и ценой на сырую нефть в расчете на баррель нефтяного эквивалента (BOE). Коэффициент 0,1724 дает полный нефтяной паритет . [29] GTL — это механизм, позволяющий снизить международные цены на дизельное топливо/бензин/сырую нефть до уровня цены на природный газ в условиях расширяющегося мирового производства природного газа по более низкой цене, чем цена на сырую нефть. Когда природный газ перерабатывается в GTL, жидкие продукты легче экспортировать по более низкой цене, чем перерабатывать их в СПГ и далее перерабатывать в жидкие продукты в стране-импортере. [30] [31]

Однако производство топлива GTL намного дороже, чем производство обычного топлива. [32]

Смотрите также

Библиография

Рекомендации

  1. ^ Хёк, Микаэль; Фантаццини, Дин; Ангелантони, Андре; Сноуден, Саймон (2013). «Сжижение углеводородов: жизнеспособность как стратегия смягчения последствий пика нефти». Философские труды Королевского общества А. 372 (2006): 20120319. Бибкод : 2013RSPTA.37220319H. дои : 10.1098/rsta.2012.0319 . ПМИД  24298075 . Проверено 3 июня 2009 г.
  2. ^ Канеко, Такао; Дербишир, Фрэнк; Макино, Эйитиро; Грей, Дэвид; Тамура, Масааки (2001). «Сжижение угля». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a07_197. ISBN 978-3-527-30673-2.
  3. ^ «Центр данных по альтернативным видам топлива: сравнение свойств топлива».
  4. ^ «Газовый POX - частичное окисление природного газа» . Эйр Ликид . 18 марта 2016 г. Проверено 18 февраля 2021 г.
  5. ^ Олсби, Ю.; Свевелле, С.; Бьорген, М.; Беато, П.; Янссенс, TVW; Йоэнсен, Ф.; Бордига, С.; Лиллеруд, КП (2012). «Превращение метанола в углеводороды: как полость и размер пор цеолита контролируют селективность продукта». Энджью. хим. Межд. Эд . 51 (24): 5810–5831. дои : 10.1002/anie.201103657. hdl : 2318/122770 . PMID  22511469. S2CID  26585752.
  6. ^ Тиан, П.; Вэй, Ю.; Йе, М.; Лю, З. (2015). «Метанол в олефины (МТО): от основ к коммерциализации». АСУ Катал . 5 (3): 1922–1938. дои : 10.1021/acscatal.5b00007 .
  7. ^ Исмаэль Амгизар; Лориен А. Вандевалле; Кевин М. Ван Гим; Гай Б. Марин (2017). «Новые тенденции в производстве олефинов». Инженерное дело . 3 (2): 171–178. дои : 10.1016/J.ENG.2017.02.006 .
  8. ^ ЛаМоника, Мартин. Природный газ становится мостом к биотопливу Обзор технологий MIT , 27 июня 2012 г. Дата обращения: 7 марта 2013 г.
  9. ^ Введение в технологию Primus STG+ Primus Green Energy , без даты. Проверено: 5 марта 2013 г.
  10. ^ Лоутон, Ти Джей; Розенцвейг, AC (2016). «Биокатализаторы для конверсии метана: большой прогресс в разрушении небольшого субстрата». Курс. Мнение. хим. Биол . 35 : 142–149. дои : 10.1016/j.cbpa.2016.10.001. ПМК 5161620 . ПМИД  27768948. 
  11. ^ Микробы в паре для биологического процесса преобразования газа в жидкость (Bio-GTL).
  12. ^ Всемирный банк, партнеры GGFR раскрывают ценность отходов газа », Всемирный банк, 14 декабря 2009 г. Проверено 17 марта 2010 г.
  13. ^ "Завод по переработке газа в жидкость Pearl, Рас Лаффан, Катар" . Проверено 22 июня 2009 г.
  14. ↑ Голд, Рассел (4 апреля 2012 г.). «Shell взвешивает завод по переработке природного газа в дизельное топливо в Луизиане». Уолл Стрит Джорнал . Проверено 5 мая 2012 г.
  15. ^ "Petronas подписывает соглашение GTL с Узбекистаном" . Апстрим онлайн . Медиа-группа НСТ . 8 апреля 2009 г. Проверено 18 июля 2009 г.
  16. ^ "Малайзийская Petronas в сделке по добыче нефти в Узбекистане" . Рейтер . 14 мая 2009 г. Проверено 18 июля 2009 г.
  17. ^ "Договор аренды завода GTL в Узбекистане" . Нефтегазовый журнал . Корпорация Пеннвелл . 08 марта 2010 г. Проверено 14 марта 2010 г.
  18. ^ Вуд, Д.А.; и другие. (ноябрь 2021 г.). «Обзор отрасли, предлагающей несколько путей монетизации природного газа». Журнал науки и техники о природном газе . 9 : 196–209. дои : 10.1016/j.jngse.2012.07.001.
  19. ^ «Маломасштабные и модульные технологии продвигают индустрию GTL вперед» .
  20. ^ Попов, Дмитрий. «Раскрытие ценности заброшенных и удаленных морских газовых активов».
  21. ↑ Четвинд, Гарет (20 января 2012 г.). «Petrobras выводит газовые факелы из моды с помощью GTL» (PDF) . КомпактныйGTL .
  22. ^ «Greenway Technologies Inc. отмечает важную веху, завершая создание первого коммерческого G-Reformer®» (пресс-релиз). 7 марта 2018 г.
  23. ^ «Результаты эксплуатации демонстрационной установки Primus Green Energy подтверждают убедительные характеристики и экономику согласно отчету независимых инженеров» . Примус Зеленая Энергия . 7 ноября 2013 г. Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 г.
  24. ↑ Фэрли, Питер (15 марта 2010 г.). «Превращение газовых факелов в топливо». Обзор технологий Массачусетского технологического института .
  25. ^ «ОБНОВЛЕНИЕ 2. Малайзийская компания Petronas заключила сделку по добыче нефти в Узбекистане» . Рейтер . 14 мая 2008 г.
  26. ^ «Qatar Airways творит историю GTL» .
  27. ^ «А380 совершает испытательный полет на альтернативном топливе» . Рейтер . Февраль 2008 года.
  28. ^ «Инновационная разработка в энергетических технологиях». Бпп-Тех . Проверено 12 апреля 2014 г.
  29. ↑ Хехт, Эндрю (6 января 2020 г.). «Сырая нефть против природного газа». Баланс .
  30. ^ «Туркменский завод по переработке газа в жидкости отправил первый синтетический бензин в Афганистан» . Проверено 25 декабря 2019 г.
  31. ^ "Узбекистан занимает 2,3 миллиарда долларов для проекта завода по производству жидкого газа" . Проверено 25 декабря 2019 г.
  32. ^ Qatar Airways летает на самолете с новым топливом, The Wall Street Journal, среда, 14 октября 2009 г., стр. B2.