الغاز إلى سوائل

الموسوعة الحرة
يتم استخدام ناقلات الغاز الطبيعي المسال لنقل غاز الميثان.

تحويل الغاز إلى سوائل ( GTL ) هي عملية تكرير لتحويل الغاز الطبيعي أو الهيدروكربونات الغازية الأخرى إلى هيدروكربونات ذات سلسلة أطول، مثل البنزين أو وقود الديزل . يتم تحويل الغازات الغنية بالميثان إلى وقود صناعي سائل . هناك استراتيجيتان عامتان: (أ) الاحتراق الجزئي المباشر للميثان إلى ميثانول و (ب) عمليات شبيهة بفيشر تروبش التي تحول أول أكسيد الكربون والهيدروجين إلى هيدروكربونات. تتبع الاستراتيجية الثانية طرقًا متنوعة لتحويل مخاليط الهيدروجين وأول أكسيد الكربون إلى سوائل. تم إثبات الاحتراق الجزئي المباشر في الطبيعة ولكن لم يتم تكراره تجاريًا. تم تسويق التقنيات التي تعتمد على الاحتراق الجزئي بشكل أساسي في المناطق التي يكون فيها الغاز الطبيعي غير مكلف. [1] [2]

إن الدافع وراء تحويل الغاز إلى سوائل هو إنتاج الوقود السائل، والذي يتم نقله بسهولة أكبر من الميثان. يجب تبريد الميثان إلى ما دون درجة حرارته الحرجة -82.3 درجة مئوية حتى يتم تسييله تحت الضغط. وبسبب جهاز التبريد المصاحب، تُستخدم ناقلات الغاز الطبيعي المسال للنقل. الميثانول هو سائل قابل للاشتعال سهل التعامل معه، لكن كثافة طاقته تعادل نصف كثافة البنزين. [3]

عملية فيشر-تروبش

عملية تحويل الغاز إلى سوائل باستخدام طريقة فيشر تروبش

يمكن إنشاء عملية تحويل الغاز إلى سوائل من خلال عملية فيشر-تروبش التي تتألف من عدة تفاعلات كيميائية تعمل على تحويل خليط من أول أكسيد الكربون (CO) والهيدروجين (H 2 ) إلى هيدروكربونات طويلة السلسلة. تكون هذه الهيدروكربونات عادة سائلة أو شبه سائلة ولها الصيغة المثالية (C n H 2 n + 2 ).

من أجل الحصول على خليط CO وH 2 المطلوب لعملية فيشر-تروبش، يمكن إخضاع الميثان (المكون الرئيسي للغاز الطبيعي) للأكسدة الجزئية مما ينتج عنه خليط غاز اصطناعي خام يتكون في الغالب من ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون وغاز الهيدروجين (وأحيانًا الماء والنيتروجين). [4] يمكن تعديل نسبة أول أكسيد الكربون إلى الهيدروجين في خليط غاز الاصطناع الخام، على سبيل المثال باستخدام تفاعل تحول الماء والغاز . يؤدي إزالة الشوائب، وخاصة النيتروجين وثاني أكسيد الكربون والماء، من خليط غاز الاصطناع الخام إلى إنتاج غاز اصطناع نقي (غاز اصطناع).

يتم توجيه الغاز الاصطناعي النقي إلى عملية فيشر-تروبش، حيث يتفاعل الغاز الاصطناعي مع محفز الحديد أو الكوبالت لإنتاج الهيدروكربونات الاصطناعية، بما في ذلك الكحولات.

عملية تحويل الميثان إلى ميثانول

يتم تصنيع الميثانول من الميثان (الغاز الطبيعي) في سلسلة من ثلاثة تفاعلات:

الإصلاح بالبخار
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2   Δ r H = +206 كيلوجول مول −1
تفاعل تحول الماء
CO + H 2 O → CO 2 + H 2   Δ r H = -41 كيلوجول مول −1
توليف
2H2 + CO → CH3OH ΔrH = -92 كيلوجول مول −1 

يمكن تحويل الميثانول المتشكل بهذه الطريقة إلى بنزين بواسطة عملية موبيل وتحويل الميثانول إلى أوليفينات.

تحويل الميثانول إلى بنزين (MTG) وتحويل الميثانول إلى أوليفينات

في أوائل سبعينيات القرن العشرين، طورت شركة موبيل إجراءً بديلاً يتم فيه تحويل الغاز الطبيعي إلى غاز اصطناعي، ثم إلى ميثانول . يتفاعل الميثانول في وجود محفز الزيوليت لتكوين الألكانات . من حيث الآلية، يتم تجفيف الميثانول جزئيًا لإعطاء ثنائي ميثيل الأثير :

2 CH 3 أوه → CH 3 OCH 3 + H 2 O

يتم بعد ذلك تجفيف خليط ثنائي ميثيل الإيثر والميثانول بشكل أكبر على محفز الزيوليت مثل ZSM-5 ، والذي يتم عمليًا بلمرته وهدرجته لإعطاء بنزين به هيدروكربونات من خمس ذرات كربون أو أكثر تشكل 80٪ من الوقود حسب الوزن. تمارس عملية Mobil MTG من الميثانول المشتق من الفحم في الصين بواسطة JAMG . أحد التطبيقات الأكثر حداثة لـ MTG هو Topsøe improve gasoline synthesis (TiGAS). [5]

يمكن تحويل الميثانول إلى أوليفينات باستخدام الزيوليت والحفازات غير المتجانسة القائمة على SAPO . واعتمادًا على حجم مسام الحفاز، يمكن لهذه العملية أن توفر إما منتجات C2 أو C3، وهي مونومرات مهمة. [6] [7]

عملية تحويل الغاز الاصطناعي إلى بنزين زائد (STG+)

عملية STG+

تعتمد عملية تحويل الغاز إلى سوائل ثالثة على تقنية MTG عن طريق تحويل الغاز الاصطناعي المشتق من الغاز الطبيعي إلى بنزين ووقود طائرات من خلال عملية حلقة واحدة حرارية كيميائية. [8]

تتبع عملية STG+ أربع خطوات رئيسية في حلقة عملية مستمرة واحدة. تتكون هذه العملية من أربعة مفاعلات ثابتة في سلسلة يتم فيها تحويل الغاز الاصطناعي إلى وقود صناعي. الخطوات اللازمة لإنتاج البنزين الصناعي عالي الأوكتان هي كما يلي: [9]

  1. تخليق الميثانول : يتم تغذية الغاز الاصطناعي إلى المفاعل 1، الأول من بين أربعة مفاعلات، والذي يحول معظم الغاز الاصطناعي (CO و H 2 ) إلى ميثانول ( CH 3 OH ) عند مروره عبر فراش المحفز.
  2. تخليق ثنائي ميثيل الأثير (DME): يتم بعد ذلك تغذية الغاز الغني بالميثانول من المفاعل 1 إلى المفاعل 2، وهو المفاعل الثاني STG+. يتعرض الميثانول لمحفز ويتم تحويل الكثير منه إلى DME، والذي يتضمن إزالة الماء من الميثانول لتكوين DME ( CH 3 OCH 3 ).
  3. تخليق البنزين: يتم بعد ذلك تغذية غاز منتج المفاعل 2 إلى المفاعل 3، وهو المفاعل الثالث الذي يحتوي على المحفز لتحويل DME إلى هيدروكربونات بما في ذلك البارافينات ( الألكانات )، والعطريات ، والنفثينات ( الحلقي الألكانات ) وكميات صغيرة من الأوليفينات ( الألكينات )، ومعظمها من C6 ( عدد ذرات الكربون في جزيء الهيدروكربون) إلى C10 .
  4. معالجة البنزين: يوفر المفاعل الرابع معالجة بالهدرجة والألكلة المتبادلة للمنتجات القادمة من المفاعل 3. تعمل المعالجة على تقليل مكونات الديورين (رباعي ميثيل البنزين)/الإيزوديورين وثلاثي ميثيل البنزين التي لها نقاط تجمد عالية ويجب تقليلها إلى الحد الأدنى في البنزين. ونتيجة لذلك، يتمتع منتج البنزين الاصطناعي برقم أوكتان مرتفع وخصائص لزوجة مرغوبة.
  5. الفاصل: أخيرًا، يتم تكثيف الخليط من المفاعل 4 للحصول على البنزين. يتم فصل الغاز غير المكثف والبنزين في مكثف/فاصل تقليدي. يصبح معظم الغاز غير المكثف من فاصل المنتج غازًا معاد تدويره ويتم إرساله مرة أخرى إلى تيار التغذية إلى المفاعل 1، مما يترك منتج البنزين الاصطناعي المكون من البارافينات والعطريات والنفثينات.

تحويل الغاز الحيوي إلى سوائل (Bio-GTL)

مع كون الميثان هو الهدف الرئيسي لعملية تحويل الغاز إلى سوائل، فقد ركز الكثير من الاهتمام على الإنزيمات الثلاثة التي تعالج الميثان. تدعم هذه الإنزيمات وجود الكائنات الحية الدقيقة التي تستقلب الميثان كمصدر وحيد للكربون والطاقة. تحتوي الكائنات الحية الدقيقة التي تستقلب الميثان على إنزيمات تعمل على أكسدة الميثان وتحويله إلى ميثانول. الإنزيمات ذات الصلة هي أحاديات الأكسجين الميثان ، والتي توجد في كل من الأنواع القابلة للذوبان والجزيئات (أي المرتبطة بالغشاء). وهي تحفز عملية الأكسجة وفقًا للقياسات الكيميائية التالية:

CH 4 + O 2 + NADPH + H + → CH 3 OH + H 2 O + NAD +

تعتمد الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية على التحويل الحيوي للميثان باستخدام الإنزيمات التي تسمى إنزيمات ميثيل كوإنزيم م . تؤثر هذه الكائنات الحية على عملية تكوين الميثان العكسية . وقد بُذلت جهود مضنية لتوضيح آليات هذه الإنزيمات المحولة للميثان، والتي من شأنها تمكين تكرار تحفيزها في المختبر. [10]

يمكن تصنيع وقود الديزل الحيوي من ثاني أكسيد الكربون باستخدام الميكروبات Moorella thermoacetica و Yarrowia lipolytica . تُعرف هذه العملية باسم تحويل الغاز إلى سوائل بيولوجيًا. [11]

الاستخدامات التجارية

مصنع تحويل الغاز إلى سوائل INFRA M100

باستخدام عمليات تحويل الغاز إلى سوائل، يمكن للمصافي تحويل بعض نفاياتها الغازية ( غاز الشعلة ) إلى زيوت وقود قيمة ، والتي يمكن بيعها كما هي أو مزجها فقط بوقود الديزل . يقدر البنك الدولي أن أكثر من 150 مليار متر مكعب (5.3 × 10 12  قدم مكعب) من الغاز الطبيعي يتم حرقها أو تنفيسها سنويًا، وهي كمية تبلغ قيمتها حوالي 30.6 مليار دولار، أي ما يعادل 25٪ من استهلاك الولايات المتحدة من الغاز أو 30٪ من استهلاك الاتحاد الأوروبي السنوي من الغاز، [12] وهو مورد يمكن أن يكون مفيدًا باستخدام تحويل الغاز إلى سوائل. يمكن أيضًا استخدام عمليات تحويل الغاز إلى سوائل للاستخراج الاقتصادي لرواسب الغاز في المواقع التي لا يكون من الاقتصادي فيها بناء خط أنابيب. ستزداد أهمية هذه العملية مع استنفاد موارد النفط الخام . ^

تنتج شركة رويال داتش شل الديزل من الغاز الطبيعي في مصنع في بينتولو بماليزيا . ومن بين منشآت شل الأخرى في مجال تحويل الغاز إلى سوائل مصنع بيرل لتحويل الغاز إلى سوائل في قطر ، وهو أكبر مصنع لتحويل الغاز إلى سوائل في العالم. [13] [14] وقد قامت شركة ساسول مؤخرًا ببناء منشأة أوريكس لتحويل الغاز إلى سوائل في مدينة راس لفان الصناعية بقطر، كما قامت بالاشتراك مع شركة أوزبك نفت جاز وبتروناس ببناء مصنع تحويل الغاز إلى سوائل في أوزبكستان . [15] [16] [17] وتقوم شركة شيفرون كوربوريشن ، في مشروع مشترك مع شركة البترول الوطنية النيجيرية ، بتشغيل مصنع إسكرافوس لتحويل الغاز إلى سوائل في نيجيريا ، والذي يستخدم تقنية ساسول. وتمتلك شركة بتروسا ، وهي شركة النفط الوطنية في جنوب إفريقيا، وتدير مصنع تحويل الغاز إلى سوائل بسعة 22000 برميل يوميًا في خليج موسيل ، باستخدام تقنية ساسول لتحويل الغاز إلى سوائل. [18]

المشاريع الطموحة والناشئة

يتم السعي إلى جيل جديد من تكنولوجيا تحويل الغاز إلى سوائل لتحويل الغاز غير التقليدي والنائي والمشكل إلى وقود سائل قيم. [19] [20] وقد قامت شركة INFRA Technology ببناء مصانع تحويل الغاز إلى سوائل تعتمد على حفازات فيشر-تروبش المبتكرة. وتشمل الشركات الأمريكية الأخرى بشكل أساسي Velocys و ENVIA Energy و Waste Management و NRG Energy و ThyssenKrupp Industrial Solutions و Liberty GTL و Petrobras و [21] Greenway Innovative Energy و [22] Primus Green Energy و [23] Compact GTL و [24] و Petronas. [25] وقد أثبتت العديد من هذه العمليات نفسها من خلال رحلات العرض باستخدام وقود الطائرات النفاثة. [26] [27]

يتضمن حل مقترح آخر للغاز العالق استخدام FPSO جديد لتحويل الغاز إلى سوائل في الخارج مثل الميثانول والديزل والبنزين والنفط الخام الصناعي والنافثا . [ 28 ]

اقتصاديات تحويل الغاز إلى سوائل

إن تحويل الغاز إلى سوائل باستخدام الغاز الطبيعي يكون أكثر اقتصادا عندما تكون هناك فجوة واسعة بين سعر الغاز الطبيعي السائد وسعر النفط الخام على أساس برميل مكافئ النفط (BOE). ينتج عن معامل 0.1724 تكافؤ النفط الكامل . [29] تحويل الغاز إلى سوائل هو آلية لخفض أسعار الديزل / البنزين / النفط الخام الدولية على قدم المساواة مع سعر الغاز الطبيعي في إنتاج الغاز الطبيعي العالمي المتوسع بسعر أرخص من سعر النفط الخام. عندما يتم تحويل الغاز الطبيعي إلى تحويل الغاز إلى سوائل، يكون من الأسهل تصدير المنتجات السائلة بسعر أرخص بدلاً من تحويلها إلى الغاز الطبيعي المسال والمزيد من التحويل إلى منتجات سائلة في بلد مستورد. [30] [31]

ومع ذلك، فإن إنتاج وقود GTL أكثر تكلفة بكثير من الوقود التقليدي. [32]

انظر أيضا

فهرس

  • Boogaard, PJ, Carrillo, JC, Roberts, LG, & Whale, GF (2017) الخصائص السمية والبيئية لمنتجات الغاز إلى السائل (GTL). 1. علم السموم الثديية. المراجعات النقدية في علم السموم، 47(2)، 121-144.

مراجع

  1. ^ هوك، ميكائيل؛ فانتازيني، دين؛ أنجيلانتوني، أندريه؛ سنودن، سيمون (2013). "تسييل الهيدروكربون: الجدوى كاستراتيجية للتخفيف من ذروة النفط". المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية أ . 372 (2006): 20120319. رمز Bibcode : 2013RSPTA.37220319H. doi : 10.1098/rsta.2012.0319 . PMID  24298075. تم الاسترجاع في 2009-06-03 .
  2. ^ كانيكو، تاكاو؛ ديربيشاير، فرانك؛ ماكينو، إيشيرو؛ جراي، ديفيد؛ تامورا، ماساكي (2001). "تسييل الفحم". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . وينهايم: وايلي-في سي إتش. doi :10.1002/14356007.a07_197. ISBN 978-3-527-30673-2.
  3. ^ "مركز بيانات الوقود البديل: مقارنة خصائص الوقود".
  4. ^ "Gas POX - Natural Gas Partial Oxidation". Air Liquide . 2016-03-18 . تم الاسترجاع في 2021-02-18 .
  5. ^ Olsbye, U.; Svelle, S.; Bjorgen, M.; Beato, P.; Janssens, TVW; Joensen, F.; Bordiga, S.; Lillerud, KP (2012). "تحويل الميثانول إلى هيدروكربونات: كيف يتحكم تجويف الزيوليت وحجم المسام في انتقائية المنتج". 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). "الميثانول إلى الأوليفينات (MTO): من الأساسيات إلى التسويق التجاري". ACS Catal . 5 (3): 1922–1938. doi : 10.1021/acscatal.5b00007 .
  7. ^ إسماعيل أمغيزار. لورين أ. فانديوال؛ كيفن إم فان جيم؛ جاي بي مارين (2017). “الاتجاهات الجديدة في إنتاج الأوليفين”. هندسة . 3 (2): 171-178. دوى : 10.1016/J.ENG.2017.02.006 .
  8. ^ لامونيكا، مارتن. الغاز الطبيعي يُستغل كجسر للوقود الحيوي، مجلة إم آي تي ​​تكنولوجي ريفيو ، 27 يونيو 2012. تم الاسترجاع: 7 مارس 2013.
  9. ^ مقدمة لتكنولوجيا STG+ من Primus محفوظ في 11 أبريل 2013 على archive.today Primus Green Energy ، بدون تاريخ. تم الاسترجاع في 5 مارس 2013.
  10. ^ لوتون، تي جيه؛ روزنزويج، إيه سي (2016). "المحفزات الحيوية لتحويل الميثان: تقدم كبير في كسر ركيزة صغيرة". الرأي الحالي. الكيمياء الحيوية . 35 : 142-149. doi :10.1016/j.cbpa.2016.10.001. PMC 5161620. PMID  27768948 . 
  11. ^ الميكروبات مقترنة بعملية تحويل الغاز إلى سوائل بيولوجيًا (Bio-GTL)
  12. ^ البنك الدولي وشركاء الشراكة العالمية للحد من انبعاثات الغاز يطلقون العنان لقيمة الغاز المهدر" مؤرشف من الأصل في 2017-07-09 على موقع واي باك مشين ، البنك الدولي 14 ديسمبر 2009. تم استرجاعه في 17 مارس 2010.
  13. ^ "مصنع بيرل لتحويل الغاز إلى سوائل، راس لفان، قطر" . تم استرجاعه في 2009-06-22 .
  14. ^ جولد، راسل (4 أبريل 2012). "شل تزن منشأة معالجة الغاز الطبيعي إلى ديزل في لويزيانا". وول ستريت جورنال . تم الاسترجاع في 2012-05-05 .
  15. ^ "بتروناس توقع اتفاقية تحويل الغاز إلى سوائل مع أوزبكستان" . Upstream Online . NHST Media Group . 2009-04-08 . تم الاسترجاع في 2009-07-18 .
  16. ^ ""بتروناس الماليزية تبرم صفقة لإنتاج النفط في أوزبكستان"". رويترز . 14 مايو 2009. مؤرشف من الأصل في 1 فبراير 2013. تم استرجاعه في 18 يوليو 2009 .
  17. ^ "عقد إنشاء مصنع تحويل الغاز إلى سوائل في أوزبكستان" . مجلة النفط والغاز . شركة بنويل . 2010-03-08 . تم الاسترجاع في 2010-03-14 .
  18. ^ وود، دي إيه؛ وآخرون (نوفمبر 2021). "مراجعة لصناعة تقدم عدة طرق لتحقيق الربح من الغاز الطبيعي". مجلة علوم وهندسة الغاز الطبيعي . 9 : 196-209. doi :10.1016/j.jngse.2012.07.001.
  19. ^ "التقنيات الأصغر حجمًا والمعيارية تدفع صناعة تحويل الغاز إلى سوائل إلى الأمام".
  20. ^ بوبوف، ديمتري. "إطلاق قيمة أصول الغاز البحرية العالقة والنائية". مؤرشف من الأصل في 2017-02-11 . تم الاسترجاع في 2017-02-10 .
  21. ^ تشيتويند، جاريث (20 يناير 2012). "بتروبراس تخرج مشاعل الغاز من الموضة مع تحويل الغاز إلى سوائل" (PDF) . CompactGTL .
  22. ^ "Greenway Technologies Inc. Marks Milestone, Completes First Commercial G-Reformer®" (بيان صحفي). 7 مارس 2018.
  23. ^ "نتائج تشغيل محطة الطاقة التجريبية الخضراء لشركة Primus تؤكد الأداء والاقتصاد المقنعين وفقًا لتقرير المهندسين المستقلين". Primus Green Energy . 7 نوفمبر 2013. مؤرشف من الأصل في 2015-09-24.
  24. ^ فيرلي، بيتر (15 مارس 2010). "تحويل مشاعل الغاز إلى وقود". مراجعة تكنولوجيا معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا .
  25. ^ "تحديث 2- شركة بتروناس الماليزية تبرم صفقة لإنتاج النفط في أوزبكستان". رويترز . 14 مايو 2008. مؤرشف من الأصل في 25 مارس 2018.
  26. ^ "الخطوط الجوية القطرية تصنع تاريخاً في مجال تحويل الغاز إلى سوائل".
  27. ^ "طائرة A380 تقوم برحلة تجريبية باستخدام الوقود البديل". رويترز . فبراير 2008.
  28. ^ "الهندسة المبتكرة في تكنولوجيات الطاقة". Bpp-Tech . تم الاسترجاع في 12 أبريل 2014 .
  29. ^ هيشت، أندرو (6 يناير 2020). "النفط الخام مقابل الغاز الطبيعي". الميزان .
  30. ^ "مصفاة الغاز السائل في تركمانستان ترسل أول بنزين صناعي إلى أفغانستان" . تم الاسترجاع في 25 ديسمبر 2019 .
  31. ^ "أوزبكستان تقترض 2.3 مليار دولار لمشروع محطة تحويل الغاز إلى سوائل" . تم الاسترجاع في 25 ديسمبر 2019 .
  32. ^ الخطوط الجوية القطرية تطير بطائرة تعمل بالوقود الجديد، وول ستريت جورنال، الأربعاء 14 أكتوبر 2009، ص.ب2
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=الغاز_إلى_السوائل&oldid=1245402719"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate