Кіріспе

Табиғи газды сұйық мұнай өнімдеріне айналдыру. Газды сұйықтарға айналдыру (GTL) – табиғи газды немесе басқа газ тәрізді көмірсутектерді бензин немесе дизель отыны сияқты ұзақ тізбекті көмірсутектерге айналдыратын мұнай өңдеу процесі. Метанға бай газдар сұйық синтетикалық отынға айналады. Екі негізгі стратегия бар: (i) метанды метанолға тікелей жартылай жағу және (ii) көміртек монооксиді мен сутегін көмірсутектерге айналдыратын Фишер-Тропш процесіне ұқсас әдістер. II стратегия көміртек монооксиді мен сутегі қоспаларын сұйықтыққа айналдырудың түрлі тәсілдерін қамтиды. Тікелей жартылай жану табиғатта көрсетілген, бірақ коммерциялық деңгейде көшірілмеген. Жартылай жану технологиялары негізінен табиғи газдың арзан болатын аймақтарда қолданысқа енгізілген. GTL технологиясын дамытудың мақсаты – метандан қарағанда тасымалдау оңайырақ болатын сұйық отын өндіру. Метанды қысым астында сұйыту үшін оны 82,3 °C-тан төмен температураға дейін салқындату қажет. Сұйытылған табиғи газды (LNG) тасымалдау үшін криогендік жабдықтар қолданылады. Метанол – пайдалануға ыңғайлы жанғыш сұйықтық, бірақ оның энергия тығыздығы бензиннің жартысына тең.

Фишер-Тропш процесі

GtL процесін Фишер-Тропш процесі арқылы жүзеге асыруға болады, ол бірнеше химиялық реакциялардан тұрады, олар көміртек монооксиді (CO) мен сутегінің (H2) қоспасын ұзын тізбекті көмірсутектерге айналдырады. Бұл көмірсутектер әдетте сұйық немесе жартылай сұйық күйде болады және идеалды жағдайда (CnH2n+2) формуласына ие. Фишер-Тропш процесі үшін қажетті CO және H2 қоспасын алу үшін метанды (табиғи газдың басты құрауы) ішінара тотықтандыруға болады, нәтижесінде көбінесе көмірқышқыл газы, көміртек монооксиді, сутек газы (кейде су мен азот та) бар шикі синтез газы қоспасы пайда болады. Шикі синтез газы қоспасындағы көміртек монооксиді мен сутегінің арақатынасын, мысалы, су газын ауыстыру реакциясын қолдану арқылы реттеуге болады. Шикі синтез газы қоспасынан азот, көмірқышқыл газы және су сияқты қоспаларды жою арқылы таза синтез газы (сингаз) алынады. Таза сингаз Фишер-Тропш процесіне жіберіледі, онда темір немесе кобальт катализаторының әсерінен синтетикалық көмірсутектер, соның ішінде спирттер түзіледі.

Сингазды бензинге қосу процесі (STG+)

Үшінші газдан сұйықтыққа айналу процесі MTG технологиясын пайдаланады, табиғи газdan алынған синтетикалық газды термохимиялық бір циклдік процесс арқылы бензин мен авиациялық отынға айналдырады. STG+ процесі бір үздіксіз процесс циклында төрт негізгі қадамды қамтиды. Бұл процесс синтетикалық отынға айналатын тізбектей орналасқан төрт қатаң реактордан тұрады. Жоғары октанды синтетикалық бензин өндірудің қадамдары төмендегідей:

Метанол синтезі: Синтетикалық газ 1-реакторға, төрт реактордың біріншісіне жіберіледі, ол катализатор төсегі арқылы өтетін кезде синтетикалық газды (CO және H2) метанолға (CH3OH) айналдырады. Диметил эфирі (DME) синтезі: 1-реактордан метанолға толы газ 2-реакторға, екінші STG+ реакторына жіберіледі. Метанол катализатормен әрекеттеседі және оның көп бөлігі DME-ге айналады, бұл метанолдан сусыздану арқылы DME (CH3OCH3) құрамын қалыптастыруды қамтиды. Бензин синтезі: 2-реактордың өнім газы 3-реакторға жіберіледі, үшінші реакторда DME-ні көмірсутектерге, соның ішінде парафиндерге (алкандар), ароматтарға, нафтендерге (циклоалкандар) және аздаған мөлшерде олефиндерге (алкендер) айналдыру үшін катализатор бар, көбінесе C6 (көмірсутек молекуласындағы көміртек атомдарының саны) -дан C10-ға дейін. Бензинмен өңдеу: Төртінші реактор 3-реактордан келетін өнімдерге трансалкилдеу және сутегілендірумен өңдеу жүргізеді. Бұл өңдеу жоғары қату температурасы бар және бензинде азайтылуы тиіс дурен (тетраметилбензол)/изодурен және триметилбензол компоненттерін азайтады. Нәтижесінде синтетикалық бензиннің октан саны жоғары және қажетті вискозиметрлік қасиеттеріне ие. Ажырату қондырғысы: Соңында 4-реактордан шыққан қоспа конденсацияланып бензин алынады. Конденсатталмаған газ бензиннен дәстүрлі конденсатор/ажырату қондырғысында бөлінеді. Өнімді ажыратудан алынған конденсатталмаған газдың көп бөлігі қайта өңделген газға айналады және 1-реакторға жіберіледі, ал синтетикалық бензин өнімі парафиндерден, ароматтардан және нафтендерден тұрады.

Коммерциялық пайдалану

Газдан сұйықтыққа айналу процестерін қолдану арқылы мұнай өңдеу зауыттары кейбір газ тәрізді қалдық өнімдерін (жалын газын) құнды май отындарына айналдыра алады, оларды сол күйінде немесе тек дизель отынымен араластырып сатуға болады. Дүниежүзілік банк бағалауынша, жыл сайын шамамен 30,6 миллиард долларлық табиғи газ жағылады немесе шығарылады, бұл АҚШ-тың газ тұтынуының 25%-ына немесе Еуропалық Одақтың жылдық газ тұтынуының 30%-ына тең, және бұл ресурс GTL технологиясын пайдалану арқылы пайдалы болуы мүмкін. Газдан сұйықтыққа айналу процестері құбыржол салудың экономикалық тұрғыдан тиімсіз болған жерлерде газ кен орындарын экономикалық тұрғыдан тиімді өндіру үшін де қолданылуы мүмкін. Шикі мұнай ресурстары азайып бара жатқандықтан бұл процесс маңыздырақ болады. Royal Dutch Shell компаниясы Малайзияның Бинтулу қаласындағы зауытында табиғи газдан дизель отынын өндіреді. Shell компаниясының тағы бір GTL зауыты – Катардағы Pearl GTL зауыты, бұл әлемдегі ең ірі GTL зауыты. Sasol компаниясы жақында Катардың Рас-Лаффан индустриалды қаласында Oryx GTL зауытын салды және «Узбекнефтегаз» және «Петронас» компанияларымен бірлесіп Өзбекстан GTL зауытын салуда. Chevron Corporation компаниясы Нигерияның Ұлттық мұнай корпорациясымен бірлесіп Sasol технологиясын пайдаланатын Escravos GTL зауытын Нигерияда іске қосуда. Оңтүстік Африканың ұлттық мұнай компаниясы PetroSA Моссел шығанағында тәулігіне 22 000 баррель (қуаты) өндіретін GTL зауытына ие және оны Sasol GTL технологиясын пайдаланып басқарады.

Үміткер және жаңадан пайда болатын кәсіпорындар

Жаңа буын GTL технологиясы дәстүрлі емес, шалқары және қиын қолжетімді газды құнды сұйық отынға айналдыру мақсатымен дамытылуда. INFRA Technology компаниясы инновациялық Фишер-Тропш катализаторларына негізделген GTL зауыттарын салған. Басқа, көбінесе АҚШ компанияларының қатарында Velocys, ENVIA Energy, Waste Management, NRG Energy, ThyssenKrupp Industrial Solutions, Liberty GTL, Petrobras, Greenway Innovative Energy, Primus Green Energy, Compact GTL және Petronas компаниялары бар. Осы процестердің бірнешеуі олардың авиациялық отынымен демонстрациялық рейстерде өзін көрсетті. Қалған газ мәселесін шешудің тағы бір ұсынысы – газды сұйық отынға, мысалы, метанолға, дизельге, бензинге, синтетикалық шикі мұнайға және нафтаға айналдыру үшін жаңа FPSO (флоатинг өндіріс, сақтау және тасымалдау қондырғысын) пайдалану болып табылады.

GTL экономикасы

Табиғи газды пайдалану арқылы GTL, табиғи газ бағасы мен шикі мұнай бағасының арасындағы айырмашылық мұнай бағасының барреліне шаққанда (BOE) кең болған кезде тиімдірек болады. 0,1724 коэффициенті толық мұнай бағасына теңдік орнатады. GTL – мұнай бағасынан арзан болатын жаһандық табиғи газ өндірісінің өсуімен дизель/бензин/шикі мұнайдың халықаралық бағасын табиғи газ бағасына жақындастыру механизмі. Табиғи газды GTL-ге айналдырғанда, сұйық өнімдерді импорттаушы елде сұйық өнімдерге айналдыруға қарағанда арзан бағамен экспорттау оңайырақ. Дегенмен, GTL отынын өндіру дәстүрлі отынға қарағанда әлдеқайда қымбат.