Paliwa ciekłe z gazu ziemnego. Technologia czystych paliw

Autor: Jerzy Mnich

(Nafta & Gaz Biznes – grudzień 2004)

Konwersja gazu ziemnego do produktów ciekłych stwarza możliwość ultraczystych paliw,

pozbawionych nie tylko siarki, ale także innych zanieczyszczeń, m.in. węglowodorów

aromatycznych. Ciekłe paliwa węglowodorowe mogą być wykorzystywane do napędu silników

mechanicznych i do wytwarzania poszukiwanych produktów chemicznych.

Gaz ziemny jest powszechnie stosowany jako paliwo gazowe. Znajduje jednak coraz szersze

obszary zastosowań, co sprawia, że światowy popyt na ten surowiec stale wzrasta. Dzięki

rozwojowi techniki zwiększają się także możliwości różnorodnego zagospodarowania gazu,

którego bogate złoża występują w słabo rozwiniętych częściach świata, oddalonych od

potencjalnych odbiorców. Zasobne w gaz kraje, takie jak Trynidad i Tobago, Indonezja, Brunei,

Katar czy Wenezuela stoją obecnie przed problemem wyboru optymalnego sposobu

wykorzystania swych wielkich bogactw naturalnych.

Głównym zastosowaniem metanu z gazu ziemnego jest otrzymywanie gazu syntezowego, tj.

mieszaniny tlenku węgla i wodoru. Gaz syntezowy stanowi półprodukt niezbędny do

otrzymywania metanolu oraz wodoru, potrzebnego do produkcji amoniaku.

Metanol jest cennym produktem wykorzystywanym jako paliwo silnikowe, surowiec do

produkcji benzyn, olefin (polietylenu i polipropylenu), eteru metylo-tetr-butylowego (MTBE,

wysokooktanowego komponentu benzyn), eteru dimetylowego (DME) stanowiącego substytut

oleju napędowego. Ponieważ eter dimetylowy ma zbliżone własności do gazu płynnego (LPG),

może być stosowany w zastępstwie oleju napędowego w silnikach spalinowych oraz do

wytwarzania energii elektrycznej.

Do wytwarzania gazu syntetycznego, który jest zamieniany na ciecz, stosuje się proces syntezy

Fischera-Tropscha. Swą nazwę wziął od nazwisk niemieckich chemików, Franza Fischera i

Hansa Tropscha, którzy w 1920 r. opracowali technologię konwersji gazu ziemnego do

produktów ciekłych. Pierwsza instalacja przemysłowa powstała na przełomie lat 1930/40 w

Niemczech, a kolejna w latach 50. w USA oraz Południowej Afryce.

Światowym potentatem w zakresie stosowania technologii przeróbki gazu ziemnego do paliw

ciekłych (w skrócie GTL, czyli Gas to Liquids), jest dziś Trynidad z dzienną produkcją ok. 8500

t. Chociaż na razie zapotrzebowanie na to ekologiczne paliwo nie jest wysokie, to sytuacja będzie

się zmieniać wraz z rozwojem technologii ogniw paliwowych. Właściwym paliwem dla ogniw

jest bowiem wodór, zaś najtańszym źródłem pozyskania wodoru jest gaz ziemny (przez

reforming metanu).

Również w innych krajach bogatych w gaz – w Malezji i Katarze, zbudowano wielkie wytwórnie

czystych paliw dla motoryzacji. Zapotrzebowanie na nie, mimo wyższej ceny, ciągle wzrasta w

krajach azjatyckich, gdzie coraz więcej uwagi poświęca się staraniom o czyste powietrze w

zatłoczonych aglomeracjach miejskich. Specjaliści rozpatrują także możliwości lokalizacji fabryk

chemicznych produkujących z gazu ziemnego inne produkty, takie jak parafiny, a na ich bazie

kwasy, formaldehyd, olefiny, glikol itd. Oczekuje się, że jeszcze w obecnej dekadzie nastąpią

przełomowe osiągnięcia w technologiach chemicznych, które zapewnią opłacalne wykorzystanie

gazu ziemnego w tej gałęzi gospodarki.

Rozwój technologii

Opracowaniem ekonomicznie opłacalnych technologii produkcji paliw ciekłych z gazu zajmują

się największe światowe firmy naftowe i gazownicze. Tylko amerykański koncern Exxon od

1981 r. zainwestował w prace badawczo-rozwojowe ok. 400 mln USD.

Bezpośrednią przyczyną zintensyfikowania tempa prac jest wzrost wymagań dotyczących

czystości paliw do silników samochodowych. Uważa się nawet, iż produkty GTL właśnie ze

względu na swą czystość i praktyczny brak siarki, mogą stanowić o przyszłości paliw

stosowanych w pojazdach mechanicznych. Wysokiej jakości syntetyki GTL mogłyby również

skutecznie konkurować z takimi produktami naftowymi, jak oleje i smary, rozpuszczalniki lub

detergenty. Drugim powodem zainteresowania procesami GTL jest istnienie olbrzymich

udokumentowanych zasobów gazu, które nie są obecnie użytkowane z powodu zbyt dużej

odległości dzielącej złoża od odbiorców.

Na przestrzeni ostatnich kilku lat opracowano ok. 20 nowych technologii GTL, niektóre na skalę

przemysłową. Należą do nich m.in. proces Chevron/Sasol (przeróbka gazu ziemnego

towarzyszącego ropie naftowej), proces Syntroleum Corporation (zastosowany w Australii),

proces Sasol (w Katarze).

W najbliższych latach planowana jest budowa 29 instalacji GTL na całym świecie. Ten

spektakularny rozwój technologii GTL wynika również ze znacznego obniżenia nakładów

inwestycyjnych na budowę instalacji (prawie trzykrotnie od 1990 r.). W celu jeszcze większego

obniżenia kosztów kapitałowych i eksploatacyjnych oraz dla optymalnego wykorzystania

zasobów gazu realizowane są ostatnio projekty łączące instalacje do skraplania (LNG) z

instalacjami GTL.

Obie technologie mogłyby znaleźć zastosowanie także w Polsce i odegrać ważną rolę w

zagospodarowaniu rodzimych złóż gazu ziemnego. Jeszcze niedawno mówiono o dwóch

możliwych rozwiązaniach. Pierwsze z nich zakłada zaangażowanie się w projekt krajowych

rafinerii. Płocka rafineria, posiadająca doprowadzenie gazu, mogłaby przerabiać go na naftowe

produkty syntetyczne. W przedsięwzięcie mogłyby zostać włączone także rafinerie południowe i

Grupa Lotos. Drugi wariant zakłada zbudowanie większych instalacji GTL, przerabiających

krajowy gaz ziemny ze złóż gazu wysokometanowego lub zaazotowanego w ilościach ok. 1-2

mld m3 rocznie. Można byłoby je zlokalizować w pobliżu istniejącej w Polsce instalacji do

odazotowania gazu ziemnego – powstałego 30 lat temu “Krio” w Odolanowie, co znacznie

obniżyłoby koszty. Wprowadzenie produktów GTL na polski rynek pomogłoby lepiej

wykorzystać istniejące w kraju złoża gazu ziemnego, również zaazotowanego. To, czy

eksploatacja złoża się opłaca nie zależy tylko od jego zawartości. W przypadku procesu GTL

ważna jest cena gazu na wejściu do instalacji, kwestia zagospodarowania wytwarzanej w procesie

w dużych ilościach wody pitnej oraz ciepła odpadowego.

Kryteria opłacalności instalacji

Tylko niewielki procent zużywanego gazu ziemnego jest dziś wykorzystywany jako surowiec do

syntez chemicznych lub petrochemicznych. Wynika to z braku technologii przeróbki gazu

ziemnego, która charakteryzowałaby się niskimi kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi.

Wysoki koszt instalacji GTL jest m.in. efektem chemicznego charakteru metanu, który jest

bardzo trwałym związkiem chemicznym.

Mimo że głównym składnikiem gazu ziemnego jest metan, do syntez chemicznych używane są

obecnie składniki wyższe od metanu – etan oraz węglowodory C3+ (propan i butan), które

wchodzą w skład gazoliny, oddzielanej od gazu surowego. Etan jest surowcem do produkcji

etylenu metodą pirolizy. Z gazoliny wyodrębnia się gaz płynny (propan-butan), albo jest ona

surowcem do syntez chemicznych.

Zdaniem ekspertów, konwersja gazu do produktów ciekłych stanie się ekonomicznie opłacalna

gdy zostaną spełnione trzy podstawowe warunki: gaz ziemny będzie tani i dostępny w

wystarczającej ilości, udoskonalone technologie pozwolą na obniżenie wysokich kosztów

inwestycyjnych produkcji paliw ciekłych z gazu ziemnego, a także będzie istniał popyt na te

ekologiczne produkty, stymulowany przez przepisy ochrony środowiska. Jak dotąd produkcja

benzyny syntetycznej lub syntetycznego oleju napędowego nie jest opłacalna.

Koszt budowy instalacji przeróbki gazu ziemnego do produktów ciekłych wynosi od 20 do 45

tys. USD/baryłkę/dobę.

W przypadku większości procesów GTL opłacalne ekonomicznie są instalacje o wydajności od

30 do 35 tys. baryłek/dobę. Opłacalność ta wzrasta przy wydajności większej niż 70 tys. baryłek

na dobę, co wynika ze zmniejszenia się kosztów inwestycyjnych instalacji separacji powietrza.

Na koszty inwestycyjne instalacji GTL składają się koszty instalacji wytwarzającej gaz

syntezowy, koszty instalacji Fischera-Tropscha oraz koszty instalacji, w której prowadzona jest

rafinacja produktów końcowych. Koszty te mają się do siebie jak 60/30/10%. Wyjątkiem jest

proces Syntroleum, który nie wymaga instalacji separacji powietrza, dlatego nakłady na budowę

instalacji GTL przez tę firmę rozkładają się w proporcjach dla poszczególnych instalacji jak

44/25/31%.

Drugim – po kosztach inwestycyjnych – czynnikiem decydującym o opłacalności procesów GTL

są koszty surowca. Atrakcyjnym dla tych procesów jest gaz spalany bezproduktywnie w

pochodniach.

W ocenie specjalistów, upowszechnienie rozwiązań GTL będzie następować wskutek dalszego

obniżania kosztów inwestycyjnych instalacji, poniżej 30 tys. USD/baryłkę/dobę. Docelowo

powinny być one niższe niż koszty inwestycyjne typowej rafinerii, które wahają się od 12 do 14

tys. USD/baryłkę/dobę. Wydajność instalacji powinna być dostosowana do użytkowania zarówno

dużych, jak i małych złóż gazu ziemnego. Przyszłość przed sobą mają instalacje przenośne,

pozwalające na eksploatację nawet niewielkich złóż. Nad tego typu przenośną instalacją, o

wydajności 2000-2500 baryłek na dobę, pracuje firma Syntroleum. Instalacja miałaby pracować

na platformie wydobywczej.

Paliwa ciekłe z gazu ziemnego. Technologia czystych paliw - Mnich.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: