Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Танкеры СПГ используются для перевозки метана.

Газ для жидкостей ( GTL ) является нефтеперерабатывающим заводом процесс преобразования природного газа или других газообразных углеводородов в более длинную цепи углеводороды, такие как бензин или дизельное топливо. Газы с высоким содержанием метана превращаются в жидкое синтетическое топливо . Существуют две общие стратегии: (i) прямое частичное сжигание метана до метанола и (ii) Фишера-Тропша.-подобные процессы, которые превращают окись углерода и водород в углеводороды. Стратегия II сопровождается различными методами преобразования смесей водорода и окиси углерода в жидкости. Прямое частичное сгорание было продемонстрировано в природе, но не воспроизведено в коммерческих целях. Технологии, основанные на частичном сжигании, были коммерциализированы в основном в регионах, где природный газ недорог. [1] [2]

Мотивом для GTL является производство жидкого топлива, которое легче транспортировать, чем метан. Метан необходимо охладить ниже его критической температуры -82,3 ° C, чтобы он стал жидким под давлением. Из-за связанного с ним криогенного оборудования для транспортировки используются танкеры для СПГ . Метанол - это легко обрабатываемая горючая жидкость, но его удельная энергия вдвое меньше, чем у бензина. [3]

Процесс Фишера-Тропша [ править ]

Основная статья: 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, в результате которых смесь монооксида углерода (CO) и водорода (H 2 ) превращается в углеводороды с длинной цепью. 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, в результате чего будет получена смесь неочищенного синтез-газа, состоящая в основном из диоксида углерода , моноксида углерода и газообразного водорода. (а иногда и воду и азот). [4] Отношение монооксида углерода к водороду в смеси неочищенного синтез-газа можно регулировать, например, с помощью реакции конверсии водяного газа . Удаление примесей, в частности азота, диоксида углерода и воды, из исходной 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.

Метан в процесс метанола [ править ]

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

Паровой риформинг
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2   Δ r H = +206 кДж моль -1
Реакция водного сдвига
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 можно превратить в бензин с помощью процесса Mobil и превратить метанол в олефины.

Метанол в бензин (MTG) и метанол в олефины [ править ]

В начале 1970-х годов Mobil разработала альтернативную процедуру, при которой природный газ превращается 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 СН 3 ОН → СН 3 ОСН 3 + Н 2 О

Затем смесь диметилового эфира и метанола подвергается дальнейшей дегидратации на цеолитном катализаторе, таком как ZSM-5 , который на практике полимеризуется и гидрогенизируется с получением бензина с углеводородами из пяти или более атомов углерода, составляющих 80% по массе топлива. Процесс Mobil MTG практикуется JAMG из угольного метанола в Китае . Более современная реализация MTG - усовершенствованный синтез 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]

Синтез-газ в бензин плюс процесс (STG +) [ править ]

Основная статья: Синтез-газ для бензина плюс
Процесс STG +

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 технологическом цикле. Этот процесс состоит из четырех последовательно соединенных реакторов с неподвижным слоем, в которых синтез-газ превращается 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 из метанола с образованием ДМЭ ( CH
    3    ОСН
    3    ).
  3. Синтез бензина: газообразный продукт из реактора 2 затем подается в реактор 3, третий реактор, содержащий катализатор для превращения ДМЭ в углеводороды, включая парафины ( алканы ), ароматические соединения , нафтены ( циклоалканы ) и небольшие количества олефинов ( алкены ), в основном из C
    6    (количество атомов углерода в молекуле углеводорода) до C
    10    .
  4. Бензин Лечение: Четвертый реактор обеспечивает трансалкилирование и гидрогенизации обработку к продукции , поступающую из реактора 3. Процедура уменьшает дурол (тетраметилбензол) / isodurene и ТРИМЕТИЛБЕНЗОЛ компоненту , которые имеют высокие точки замерзания и должны быть сведены к минимуму в бензине. В результате синтетический бензин имеет высокое октановое число и желаемые вязкостные свойства.
  5. Сепаратор: наконец, смесь из реактора 4 конденсируется, чтобы получить бензин. Неконденсированный газ и бензин разделяются в обычном конденсаторе / сепараторе. Большая часть неконденсированного газа из сепаратора продуктов становится рециркулируемым газом и отправляется обратно в поток сырья в реактор 1, оставляя синтетический бензиновый продукт, состоящий из парафинов, ароматических углеводородов и нафтенов.

Биологический газ-жидкость (Bio-GTL) [ править ]

Поскольку метан является преобладающей целью для GTL, большое внимание уделяется трем ферментам, которые обрабатывают метан. Эти ферменты поддерживают существование метанотрофов , микроорганизмов, которые метаболизируют метан как единственный источник углерода и энергии. Аэробные метанотрофы содержат ферменты, которые превращают метан кислородом в метанол. Соответствующими ферментами являются метанмонооксигеназы , которые присутствуют как в растворимой, так и в дисперсной (т.е. мембраносвязанной) форме. Они катализируют оксигенацию в соответствии со следующей стехиометрией:

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

Анаэробные метанотрофы основаны на биоконверсии метана с помощью ферментов, называемых метил-кофермент М-редуктазы . Эти организмы вызывают обратный метаногенез . Были предприняты активные усилия по выяснению механизмов этих метан-превращающих ферментов, что позволило бы воспроизвести их катализ in vitro. [10]

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

Коммерческое использование [ править ]

Завод INFRA M100 GTL

Используя процессы преобразования газа в жидкость, нефтеперерабатывающие заводы могут преобразовывать некоторые из 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 сбрасывается более 150 миллиардов кубических метров (5,3 × 10 12  кубических футов) природного газа , что составляет примерно 30,6 миллиардов долларов США, что эквивалентно 25% потребления газа в США или 30% от общего объема потребления газа в США. Годовое потребление газа в Европейском Союзе, [12]^ресурс, который может быть полезен с использованием GTL. Процессы перехода из газа в жидкость также могут использоваться для рентабельной добычи газовых месторождений в местах, где неэкономично строить трубопровод. 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 одно предприятие Shell GTL - завод Pearl GTL в Катаре , крупнейшее в мире предприятие GTL. [13] [14] SASOL недавно построила завод Oryx GTL в промышленном городе Рас-Лаффан , Катар, и вместе с Узбекнефтегазом и Petronas строит завод по производству GTL в Узбекистане . [15] [16] [17] Chevron Corporation в рамках совместного предприятия с Нигерийской национальной нефтяной корпорацией вводит в эксплуатациюEscravos GTL в Нигерии , использующая технологию Sasol. PetroSA, национальная нефтяная компания Южной Африки, владеет и управляет заводом по производству жидких углеводородов мощностью 22 000 баррелей в день (производительностью) в заливе Моссел, используя технологию Sasol GTL. [18]  

Желанные и новые предприятия [ править ]

Новое поколение технологии GTL используется для преобразования нетрадиционного, удаленного и проблемного газа в ценное жидкое топливо. [19] [20] Установки 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 во время демонстрационных полетов с использованием их реактивного топлива. [26] [27]

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

Экономика GTL [ править ]

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 дает полный нефтяной паритет . [29] GTL - это механизм снижения мировых цен на дизельное топливо / бензин / сырую нефть на уровне цен на природный газ в условиях расширения мировой добычи природного газа по цене ниже сырой нефти. Когда природный газ конвертируется в GTL, жидкие продукты легче экспортировать по более низкой цене, чем конвертировать в СПГ и далее преобразовывать в жидкие продукты в стране-импортере. [30] [31]

Однако топливо GTL намного дороже в производстве, чем обычное топливо. [32]

См. Также [ править ]

  • Биомасса в жидкость
  • Углеродно-нейтральное топливо
  • Уголь в жидкость

Библиография [ править ]

  • Boogaard, PJ, Carrillo, JC, Roberts, LG, & Whale, GF (2017) Токсикологические и экотоксикологические свойства продуктов преобразования газа в жидкость (GTL) . 1. Токсикология млекопитающих. Критические обзоры по токсикологии, 47 (2), 121-144.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Höök, Микаэль; Фантаццини, декан; Анжелантони, Андре; Сноуден, Саймон (2013). «Сжижение углеводородов: жизнеспособность как стратегия смягчения последствий пика нефти» . Философские труды Королевского общества А . 372 (2006): 20120319. Bibcode : 2013RSPTA.37220319H . DOI : 10,1098 / rsta.2012.0319 . PMID  24298075 . Проверено 3 июня 2009 .
  2. ↑ Канеко, Такао; Дербишир, Франк; Макино, Эйитиро; Грей, Дэвид; Тамура, Масааки (2001). «Сжижение угля». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a07_197 . ISBN 9783527306732.
  3. ^ https://www.afdc.energy.gov/fuels/fuel_properties.php
  4. ^ "Gas POX - частичное окисление природного газа" . Air Liquide . 2016-03-18 . Проверено 18 февраля 2021 .
  5. ^ Olsbye, U .; Svelle, S .; Bjorgen, M .; Beato, P .; Янссенс, TVW; Joensen, F .; Bordiga, S .; Лиллеруд, КП (2012). «Конверсия метанола в углеводороды: как полость цеолита и размер пор регулируют селективность продукта». Энгью. Chem. Int. Эд . 51 (24): 5810–5831. DOI : 10.1002 / anie.201103657 . PMID 22511469 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  6. ^ Tian, ​​P .; Wei, Y .; Е, М .; Лю, З. (2015). «Метанол в олефины (MTO): от основ до коммерциализации» . ACS Catal . 5 (3): 1922–1938. DOI : 10.1021 / acscatal.5b00007 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  7. ^ Исмаэль Amghizar, Laurien А. Vandewalle, Кевин М. Ван Geem, Гай Б. Марин (2017). «Новые тенденции в производстве олефинов» . Инженерное дело . 3 (2): 171–178. DOI : 10.1016 / J.ENG.2017.02.006 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  8. ^ LaMonica, Мартин. Природный газ стал мостом к биотопливу MIT Technology Review , 27 июня 2012 г. Дата обращения: 7 марта 2013 г.
  9. ^ Введение в Primus' STG + Technology Primus Green Energy , без даты. Дата обращения: 5 марта 2013.
  10. ^ Лоутон, TJ; Розенцвейг, AC (2016). «Биокатализаторы конверсии метана: большой прогресс в разрушении небольшого субстрата» . Curr. Opin. Chem. Биол . 35 : 142–149. DOI : 10.1016 / j.cbpa.2016.10.001 . PMC 5161620 . PMID 27768948 .  CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  11. ^ Микробы в паре для биологического процесса превращения газа в жидкость (Bio-GTL)
  12. ^ Всемирный банк, GGFR Partners Разблокировка Значение Wasted газа» , Всемирный банк 14 декабря 2009 г. Проверено 17 марта 2010.
  13. ^ "Жемчужный завод по переработке газа в жидкости, Рас-Лаффан, Катар" . Проверено 22 июня 2009 .
  14. ^ «Шелл взвешивает установку по переработке природного газа в дизельное топливо для Луизианы» . Проверено 5 мая 2012 .
  15. ^ "Петронас подписывает узбекский договор GTL" . Upstream Online . NHST Media Group . 2009-04-08. (требуется подписка) . Проверено 18 июля 2009 .
  16. ^ "Petronas Малайзии в сделке по добыче нефти в Узбекистане" . Рейтер . 2009-05-14 . Проверено 18 июля 2009 .
  17. ^ "Контракт на аренду завода GTL в Узбекистане" . Нефтегазовый журнал . PennWell Corporation . 2010-03-08. (требуется подписка) . Проверено 14 марта 2010 .
  18. ^ "Wood, DA, et.al., Обзор отрасли, предлагающей несколько способов монетизации природного газа, 2012" .
  19. ^ http://gasprocessingnews.com/features/201706/smaller-scale-and-modular-technologies-drive-gtl-industry-forward.aspx
  20. ↑ Попов, Дмитрий. «Раскрытие стоимости замороженных и удаленных оффшорных газовых активов» .
  21. ↑ Четвинд, Гарет (20 января 2012 г.). «Petrobras выводит из моды газовые факелы с помощью GTL» (PDF) . CompactGTL.
  22. ^ https://www.globenewswire.com/news-release/2018/03/07/1417633/0/en/Greenway-Technologies-Inc-Marks-Milestone-Completes-First-Commercial-G-Reformer.html
  23. ^ https://www.primusge.com/?press-release=primus-green-energy-demonstration-plant-operating-results-confirm-compelling-performance-and-economics-according-to-independent-engineers-report .
  24. ^ Фэрли, Питер (15 марта 2010 г.). «Превращение газовых факелов в топливо» . Обзор технологий Массачусетского технологического института .
  25. ^ https://uk.reuters.com/article/petronas-uzbekistan/update-2-malaysias-petronas-in-uzbekistan-oil-production-deal-idUKSP2975220080514?sp=true
  26. ^ https://www.rigzone.com/news/oil_gas/a/149274/Qatar_Airways_Makes_GTL_History/?oc=dst
  27. ^ https://www.reuters.com/article/environment-airbus-fuel-dc/a380-makes-test-flight-on-alternative-fuel-idUSL0120071420080201?rpc=64
  28. ^ «Инновационная инженерия в энергетических технологиях» . Bpp-Tech . Проверено 12 апреля 2014 .
  29. ↑ Hecht, Andrew (6 января 2020 г.). «Сырая нефть против природного газа» . Баланс .
  30. ^ "Туркменский завод по переработке сжиженного газа отправляет первый синтетический бензин в Афганистан" . Проверено 25 декабря 2019 .
  31. ^ «Узбекистан занимает 2,3 миллиарда долларов на проект завода по производству сжиженного газа» . Проверено 25 декабря 2019 .
  32. ↑ Qatar Airways летает на самолете с новым топливом, The Wall Street Journal, среда, 14 октября 2009 г., стр. B2