stringtranslate.com

Газ в жидкости

Для транспортировки метана используются танкеры СПГ .

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

Мотивацией для GTL является производство жидкого топлива, которое легче транспортировать, чем метан. Метан должен быть охлажден ниже критической температуры -82,3 °C, чтобы быть сжиженным под давлением. Из-за сопутствующего криогенного оборудования, танкеры СПГ используются для транспортировки. Метанол является удобной в обращении горючей жидкостью, но его энергетическая плотность составляет половину от таковой у бензина. [3]

Процесс Фишера-Тропша

Процесс GTL с использованием метода Фишера-Тропша

Процесс GtL может быть установлен с помощью процесса Фишера-Тропша, который включает несколько химических реакций, которые преобразуют смесь оксида 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 ).

Для получения смеси CO и H 2 , необходимой для процесса Фишера-Тропша, метан (основной компонент природного газа) может быть подвергнут частичному окислению, что дает сырую смесь синтез-газа, состоящую в основном из диоксида углерода , оксида углерода , водорода (иногда воды и азота). [4] Соотношение оксида углерода к водороду в сырой смеси синтез-газа можно регулировать, например, с помощью реакции конверсии водяного газа . Удаление примесей, в частности азота, диоксида углерода и воды, из сырой смеси 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 переработки метана в метанол

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

Паровой риформинг
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

Образованный таким образом метанол может быть преобразован в бензин по технологии Mobil , а метанол — в олефины.

Метанол в бензин (MTG) и метанол в олефины

В начале 1970-х годов компания Mobil разработала альтернативную процедуру, в которой природный газ преобразуется в синтез-газ, а затем в метанол . Метанол реагирует в присутствии цеолитного катализатора с образованием различных соединений. На первом этапе метанол частично дегидратируется с получением диметилового эфира :

2 CH 3 OH → CH 3 OCH 3 + H 2 O

Смесь диметилового эфира и метанола затем дополнительно дегидратируется на цеолитном катализаторе, таком как ZSM-5 , и на практике полимеризуется и гидрогенизируется, чтобы получить бензин с углеводородами из пяти или более атомов углерода, составляющими 80% топлива по весу. Процесс Mobil MTG практикуется из метанола, полученного из угля, в Китае компанией JAMG . Более современная реализация MTG — это улучшенный синтез бензина Topsøe (TiGAS). [5]

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

Синтез-газ в бензин плюс процесс (STG+)

Процесс STG+

Третий процесс превращения 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+ следует четырем основным этапам в одном непрерывном технологическом цикле. Этот процесс состоит из четырех реакторов с фиксированным слоем , соединенных последовательно, 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, в котором большая часть синтез-газа (CO и H2) преобразуется в метанол ( CH3OH ) при прохождении через слой катализатора .
  2. Синтез диметилового эфира (ДМЭ): Газ, богатый метанолом, из реактора 1 затем подается в реактор 2, второй реактор STG+. Метанол подвергается воздействию катализатора , и большая его часть дегидратируется до ДМЭ ( CH 3 OCH 3 ).
  3. Синтез бензина: Газообразный продукт реактора 2 затем подается в реактор 3, третий реактор, содержащий катализатор для превращения ДМЭ в углеводороды, включая парафины ( алканы ), ароматические соединения , нафтены ( циклоалканы ) и небольшое количество олефинов ( алкены ), в основном от C6 ( число атомов углерода в молекуле углеводорода) до C10 .
  4. Обработка бензина: Четвертый реактор обеспечивает трансалкилирование и гидрогенизацию продуктов, поступающих из реактора 3. Обработка снижает содержание дурена (тетраметилбензола)/изодурена и триметилбензола, которые имеют высокие температуры замерзания и должны быть минимизированы в бензине. В результате продукт синтетического бензина имеет высокое октановое число и желаемые вязкостные свойства.
  5. Сепаратор: Наконец, смесь из Реактора 4 конденсируется для получения бензина. Неконденсированный газ и бензин разделяются в обычном конденсаторе/сепараторе. Большая часть неконденсированного газа из сепаратора продукта становится рециркулированным газом и отправляется обратно в поток сырья в Реактор 1, оставляя продукт синтетического бензина, состоящий из парафинов, ароматических соединений и нафтенов.

Биологическая переработка газа в жидкость (Bio-GTL)

Поскольку метан является основной целью для GTL, большое внимание было сосредоточено на трех ферментах, которые перерабатывают метан. Эти ферменты поддерживают существование метанотрофов , микроорганизмов, которые метаболизируют метан как свой единственный источник углерода и энергии. Аэробные метанотрофы содержат ферменты, которые окисляют метан до метанола. Соответствующие ферменты — это метанмонооксигеназы , которые встречаются как в растворимой, так и в дисперсной (т. е. связанной с мембраной) форме. Они катализируют оксигенацию в соответствии со следующей стехиометрией:

СН4 + О2 + НАДФН + Н + → СН3ОН + Н2О + НАД +

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

Биодизель можно производить из CO2 с использованием микробов Moorella thermoacetica и Yarrowia lipolytica . Этот процесс известен как биологическое преобразование газа в жидкость. [11]

Коммерческое использование

Завод GTL ИНФРА М100

Используя процессы переработки газа в жидкость, нефтеперерабатывающие заводы могут преобразовывать некоторые из своих газообразных отходов ( факельный газ ) в ценные мазуты , которые можно продавать как есть или смешивать только с дизельным топливом . Всемирный банк оценивает, что ежегодно сжигается или выбрасывается в атмосферу более 150 миллиардов кубических метров (5,3 × 10 12  куб. футов) природного газа , что составляет приблизительно 30,6 миллиарда долларов, что эквивалентно 25% потребления газа в Соединенных Штатах или 30% годового потребления газа в Европейском союзе [12] , ресурс, который может быть полезен при использовании GTL. Процессы переработки газа в жидкость также могут использоваться для экономичной добычи газовых месторождений в местах, где строительство трубопровода невыгодно. Этот процесс будет становиться все более значимым по мере истощения ресурсов 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] Sasol недавно построила завод Oryx GTL в промышленном городе Рас-Лаффан , Катар, и совместно с Uzbekneftegaz и Petronas строит завод GTL в Узбекистане . [15] [16] [17] Chevron Corporation в совместном предприятии с Nigerian National Petroleum Corporation вводит в эксплуатацию Escravos GTL в Нигерии , который использует технологию Sasol. PetroSA , национальная нефтяная компания ЮАР, владеет и управляет заводом GTL мощностью 22 000 баррелей в день (мощность) в Моссел-Бей , используя технологию Sasol GTL. [18]

Амбициозные и перспективные предприятия

Новое поколение технологии GTL разрабатывается для преобразования нетрадиционного, удаленного и проблемного газа в ценное жидкое топливо. [19] [20] Заводы GTL на основе инновационных катализаторов Фишера-Тропша были построены компанией INFRA Technology. Другие, в основном американские компании, 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 их реактивного топлива. [26] [27]

Другое предлагаемое решение проблемы застоявшегося газа предполагает использование новой системы 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 более экономичен, когда существует большой разрыв между преобладающей ценой на природный газ и ценой на сырую нефть на основе барреля нефтяного эквивалента (BOE). Коэффициент 0,1724 приводит к полному паритету нефти . [29] GTL — это механизм снижения международных цен на дизельное топливо/бензин/сырую нефть до уровня цены на природный газ в расширяющемся мировом производстве природного газа по более низкой цене, чем цена на сырую нефть. Когда природный газ преобразуется в GTL, жидкие продукты легче экспортировать по более низкой цене, чем конвертировать в СПГ и далее конвертировать в жидкие продукты в стране-импортере. [30] [31]

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

Смотрите также

Библиография

Ссылки

  1. ^ Хёк, Микаэль; Фантаццини, Дин; Ангелантони, Андре; Сноуден, Саймон (2013). «Сжижение углеводородов: жизнеспособность как стратегия смягчения пика добычи нефти». Philosophical Transactions of the Royal Society A. 372 ( 2006): 20120319. Bibcode : 2013RSPTA.37220319H. doi : 10.1098/rsta.2012.0319 . PMID  24298075. Получено 03.06.2009 .
  2. ^ Канеко, Такао; Дербишир, Фрэнк; Макино, Эйитиро; Грей, Дэвид; Тамура, Масааки (2001). «Сжижение угля». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a07_197. ISBN 978-3-527-30673-2.
  3. ^ «Центр данных по альтернативным видам топлива: Сравнение свойств топлива».
  4. ^ "Gas POX - Частичное окисление природного газа". Air Liquide . 2016-03-18 . Получено 2021-02-18 .
  5. ^ Olsbye, U.; Svelle, S.; Bjorgen, M.; Beato, P.; Janssens, TVW; Joensen, F.; Bordiga, S.; Lillerud, KP (2012). «Преобразование метанола в углеводороды: как размер полостей и пор цеолита контролирует селективность продукта». Angew. Chem. Int. Ed . 51 (24): 5810–5831. doi :10.1002/anie.201103657. hdl : 2318/122770 . PMID  22511469. S2CID  26585752.
  6. ^ Tian, ​​P.; Wei, Y.; Ye, M.; Liu, Z. (2015). «Метанол в олефины (MTO): от основ к коммерциализации». ACS Catal . 5 (3): 1922–1938. doi : 10.1021/acscata.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 как мост к биотопливу. MIT Technology Review , 27 июня 2012 г. Получено: 7 марта 2013 г.
  9. ^ Введение в технологию Primus STG+ Архивировано 11.04.2013 в archive.today Primus Green Energy , без даты. Получено: 5 марта 2013 г.
  10. ^ Лоутон, Т.Дж.; Розенцвейг, А.С. (2016). «Биокатализаторы для конверсии метана: большой прогресс в разрушении небольшого субстрата». Curr. Opin. Chem. Biol . 35 : 142–149. doi :10.1016/j.cbpa.2016.10.001. PMC 5161620 . PMID  27768948. 
  11. ^ Микробы, объединенные в пару для биологического процесса превращения газа в жидкость (Bio-GTL)
  12. ^ Всемирный банк, партнеры GGFR раскрывают ценность выброшенного газа. Архивировано 09.07.2017 в Wayback Machine , Всемирный банк 14 декабря 2009 г. Получено 17 марта 2010 г.
  13. ^ "Pearl Gas-to-Liquids Plant, Ras Laffan, Qatar" . Получено 2009-06-22 .
  14. ^ Голд, Рассел (4 апреля 2012 г.). «Shell взвешивает установку по переработке природного газа в дизельное топливо для Луизианы». Wall Street Journal . Получено 05.05.2012 .
  15. ^ "Petronas подписывает узбекский договор GTL" . Upstream Online . NHST Media Group . 2009-04-08 . Получено 2009-07-18 .
  16. ^ "Malaysia's Petronas in Uzbek oil-production deal". Reuters . 2009-05-14. Архивировано из оригинала 1 февраля 2013 года . Получено 2009-07-18 .
  17. ^ "Контракт на завод GTL в Узбекистане" . Oil & Gas Journal . PennWell Corporation . 2010-03-08 . Получено 2010-03-14 .
  18. ^ Wood, DA; et al. (Ноябрь 2021 г.). «Обзор отрасли, предлагающей несколько путей монетизации природного газа». Журнал «Наука и техника природного газа » . 9 : 196–209. doi :10.1016/j.jngse.2012.07.001.
  19. ^ «Меньшемасштабные и модульные технологии продвигают вперед отрасль GTL».
  20. ^ Попов, Дмитрий. «Раскрытие ценности заброшенных и удаленных оффшорных газовых активов». Архивировано из оригинала 2017-02-11 . Получено 2017-02-10 .
  21. ^ Четвинд, Гарет (20 января 2012 г.). «Petrobras выводит газовые факелы из моды с помощью GTL» (PDF) . CompactGTL .
  22. ^ "Greenway Technologies Inc. отмечает важный этап, завершая первый коммерческий G-Reformer®" (пресс-релиз). 7 марта 2018 г.
  23. ^ «Результаты работы демонстрационной установки Primus Green Energy подтверждают убедительную производительность и экономичность согласно отчету независимых инженеров». Primus Green Energy . 7 ноября 2013 г. Архивировано из оригинала 24.09.2015.
  24. ^ Фэрли, Питер (15 марта 2010 г.). «Превращение газовых факелов в топливо». MIT Technology Review .
  25. ^ "ОБНОВЛЕНИЕ 2-Малайзийская Petronas в сделке по добыче нефти в Узбекистане". Reuters . 14 мая 2008 г. Архивировано из оригинала 25 марта 2018 г.
  26. ^ «Qatar Airways творит историю GTL».
  27. ^ "A380 совершает испытательный полет на альтернативном топливе". Reuters . Февраль 2008 г.
  28. ^ "Инновационная инженерия в энергетических технологиях". Bpp-Tech . Получено 2014-04-12 .
  29. ^ Хехт, Эндрю (6 января 2020 г.). «Сырая нефть против природного газа». Баланс .
  30. ^ "Туркменский газоперерабатывающий завод отправил первую партию синтетического бензина в Афганистан" . Получено 25 декабря 2019 г. .
  31. ^ "Uzbekistan одолжил $2,3 млрд для проекта завода по производству сжиженного газа" . Получено 25 декабря 2019 г. .
  32. ^ Qatar Airways запускает самолет с новым топливом, The Wall Street Journal, среда, 14 октября 2009 г., стр. B2