ПЕРЕРАБОТКА СИНТЕЗ-ГАЗА: небольшие установки
Типичная цепочка превращений сегодняшней технологии GTL - конверсия природного газа в синтез-газ, получение из него «синтетической» нефти, а также ее разделение и каталитическая переработка отдельных фракций средствами традиционной нефтехимии.
Одна из ключевых стадий технологии - получение из синтез-газа смеси углеводородов (олефины, парафины, церезины, ароматические соединения и т.д.). В подавляющем большинстве работающих, строящихся и проектируемых заводов GTL эта стадия реализуется с использованием развиваемого с 30-х годов XX века процесса Фишера-Тропша (F-T process). Он хорошо зарекомендовал себя в крупномасштабных проектах по получению синтетических моторных топлив и других продуктов из газов газификации угля или крупнейших месторождений Ближнего Востока, но, к сожалению, не подходит для создания малых производств. Особенно тех, что планируется размещать в местах добычи для утилизации относительно небольшого дебета газового сырья с целью решения экологических, транспортных и других проблем.
Основные недостатки F-T процесса в этой производственной нише – относительно низкая удельная производительность такого варианта GTL, невозможность получения товарных продуктов из синтез-газа без дальнейшего разделения и многоступенчатого «облагораживания». Понятно, что это накладывает определенные ограничения на экономически обоснованную минимальную мощность единичной установки.
Если взглянуть на проектируемые и строящиеся F-T производства, то обнаружится, что их расчетная производительность, при которой должен достигаться приемлемый уровень удельных энергозатрат, капитальных и эксплутационных расходов, не опускается ниже 10 тыс. баррелей/сутки (1360 т/сутки) и имеет явную тенденцию к укрупнению. Соответственно, (данные Sasol) типичное потребление газа превосходит 100 млн. куб. футов/сутки (2,83 млн. м3/сутки или более 1 млрд. м3/год).
С учетом этого из сферы традиционной технологии GTL выпадает около 13 тыс. небольших газовых месторождений с общими запасами более 26 трлн. м3, они просто не могут обеспечить требуемое количество газа хотя бы на срок окупаемости традиционного GTL завода. Есть и еще один резерв пригодного для малых производств, но неиспользуемого сырья, - попутный нефтяной газ, по сжиганию которого на удаленных и малых месторождениях Россия твердо занимает 1-ое место в мире (16-18 млрд. м3/год).
Научные основы технологииСогласно проведенным исследованиям, экспериментальным работам и расчетам рентабельную переработку малодебитного газового сырья оптимально проводить по альтернативной технологии GTL с получением из синтез-газа метанола [1], а из него – диметилового эфира, пропилена, концентрата ароматики (фракция БТК) или высокооктанового бензина (т.н. процесс Mobil) [2]:
CO + 2H2 à CH3OH [1]
2CH3OH à CH3OCH3 à Углеводороды [2]
Указанные процессы позволяют сразу же, в одну стадию, превратить синтез-газ в высоколиквидный товарный продукт (метанол) и обеспечивают повышенный выход жидких продуктов, как в случае синтеза метанола, так и при получении высокооктанового бензина.
Сравнительные данные для процессов конверсии синтез-газа в углеводороды и метанол приведены в таблице:
Технология GTL | Выход жидких продуктов, кг/(м3катализатора х ч) | Срок службы катализатора, лет |
| Процесс Фишера-Тропша[1][i] | 75-130 | 1-2 |
| Синтез метанола[2][ii] | 1000-1400 | 5-7 |
| Процесс «метанол à бензин»[3][iii] | 380-532 | 1,5-2 |
На установках «Энергосинтоп» предусмотрено использование забалластированного синтез-газа, содержащего свыше 40% об. N2. Нами впервые показано, что такой синтез-газ обеспечивает ряд технологических преимуществ при проведении синтеза метанола на современных промышленных оксидных катализаторах низкого давления (4-5 МПа, 240-280 °С, 5000-10000 ч-1):
• уменьшенное тепловыделение с единицы объема реактора.
• метанол-сырец («технический метанол») имеет чистоту более 96% масс.
Метанол-сырец такого качества без ректификации и очистки является идеальным сырьем для получения диметилового эфира и высокооктановых бензинов. В рассматриваемой технологии GTL «метанол àбензин» применены новые промышленные цеолитные катализаторы (патент РФ 2189858), что позволило устранить ряд недостатков процесса Mobil. В частности уменьшить количество нежелательных компонентов (бензол, олефины), повысить выход углеводородов C5+ из метанола и, в итоге, получить бензин, соответствующий нормам EURO-3:
Основные показатели | ГОСТР 51105-97 (Евро-2) | «Московские» стандарты | ГОСТ Р 51866-2002 (Евро-3) | Синтетический бензин «Энергосинтоп» |
| Содержание серы ppm, не более | 500 | 150 | 150 | <5 |
| Содержание бензола, % об. | 5,0 | 3,01,0(с 01.01.2007) | 1,0 | 0,5-1,0 |
| Содержание ароматики, % об. | Не нормируется | 42,0 | 42,0 | 42,0-46,0 |
| Содержание олефинов, % об. | Не нормируется | 18,0 | 21,0/18,0 | <7,0 |
Преимущества технологии
Выход жидких продуктов с 1 м3 катализатора в 7-18 раз выше (получение метанола) или 3-7 раз выше (получение бензина), чем в традиционном процессе Фишера-Тропша,
• Уменьшенное тепловыделение и повышенное качество метанола-сырца при использовании забалластированного синтез-газа.
• Долгий срок службы катализаторов – до 7 лет.
• Широкий выбор товарных продуктов (метанол, бензин, БТК, пропилен, диметиловый эфир) и минимальное количество стадий их получения (1-2 стадии).