기체와 액체 연결

Gas to liquids
LNG 유조선은 메탄을 운반하는 데 사용된다.

가스에서 액체로(GTL)는 천연가스 또는 기타 가스 탄화수소를 가솔린 또는 디젤 연료와 같은 긴 사슬의 탄화수소로 변환하는 정제 공정입니다.메탄이 풍부한 가스는 액체 합성 연료로 전환된다.(i) 메탄올에서 메탄올로의 직접 부분 연소와 (ii) 일산화탄소와 수소를 탄화수소로 변환하는 피셔-트로프쉬와 같은 두 가지 일반적인 전략이 존재합니다.전략 ii에는 수소-일산화탄소 혼합물을 액체로 변환하는 다양한 방법이 뒤따른다.직접 부분 연소는 본질적으로 입증되었지만 상업적으로 복제되지는 않았습니다.부분연소에 의존하는 기술은 천연가스가 [1][2]저렴한 지역을 중심으로 상용화됐다.

GTL의 동기는 메탄보다 더 쉽게 운반되는 액체 연료를 생산하는 것입니다.메탄은 압력 하에서 액화되기 위해서는 임계 온도인 -82.3 °C 이하로 냉각되어야 한다.관련된 극저온 장치 때문에 LNG 유조선이 운송에 사용된다.메탄올은 다루기 쉬운 가연성 액체이지만 에너지 밀도는 [3]휘발유의 절반이다.

피셔-트로프쉬 과정

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Fischer Tropsch 방법을 사용한 GTL 프로세스

GtL 프로세스는 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 혼합물을 긴 사슬 탄화수소로 변환하는 몇 가지 화학 반응을 포함하는 피셔-트로프쉬 프로세스를 통해 확립될 수 있다.이러한 탄화수소는 일반적으로 액체 또는 반액체이며 이상적인 공식(CHn2n+2)을 가집니다.

피셔-트로프쉬 프로세스에 필요한 CO와2 H의 혼합물을 얻기 위해 메탄(천연 가스의 주요 성분)을 부분 산화하여 대부분 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 가스(때로는 물과 질소)[4]의 원료 합성 가스 혼합물을 생성할 수 있다.원료 합성 가스 혼합물에서 일산화탄소 대 수소의 비율은 예를 들어 물 가스 이동 반응을 사용하여 조정할 수 있습니다.원료 합성 가스 혼합물에서 불순물, 특히 질소, 이산화탄소 및 물을 제거하면 순수한 합성 가스(syngas)가 생성됩니다.

순수한 신가스는 피셔-트롭쉬 프로세스로 전달되며, 여기서 신가스는 철 또는 코발트 촉매에 반응하여 알코올을 포함한 합성 탄화수소를 생산합니다.

메탄-메탄올 공정

메탄올은 일련의 세 가지 반응으로 메탄(천연가스)으로 만들어집니다.

증기 개질
CH4 + HO2 → CO + 3 H2 ΩHr = +160 kJ−1 mol
물 이동 반응
CO + HO2 → CO2 + H2 δHr = -41 kJ−1 mol
합성
22 H + CO → CHOH3 δHr = -92 kJ−1 mol

이렇게 형성된 메탄올은 모빌 공정과 메탄올-올레핀에 의해 가솔린으로 전환될 수 있다.

메탄올-휘발유(MTG) 및 메탄올-올레핀

1970년대 초 모빌은 천연가스를 신가스, 메탄올로 바꾸는 대체 공정을 개발했다.메탄올은 제올라이트 촉매의 존재 하에서 반응하여 알칸을 형성합니다.메커니즘 측면에서 메탄올은 부분적으로 탈수되어 디메틸 에테르를 얻는다.

23 CHOH → CHOCH33 + HO2

그런 다음 디메틸 에테르와 메탄올의 혼합물을 ZSM-5와 같은 제올라이트 촉매로 더욱 탈수시키고, ZSM-5는 중합 및 수소화 처리하여 5개 이상의 탄소 원자가 중량의 80%를 차지하는 휘발유를 제공합니다.Mobil MTG 공정은 JAMG에 의해 중국에서 석탄 유래 메탄올로부터 시행되고 있습니다.MTG의 보다 현대적인 구현은 Topsöe 개량 가솔린 합성(TiGAS)[5]입니다.

메탄올은 제올라이트 및 SAPO 기반의 이종 촉매를 사용하여 올레핀으로 전환될 수 있습니다.촉매 모공 크기에 따라 이 공정은 중요한 모노머인 [6][7]C2 또는 C3 제품을 제공할 수 있습니다.

Singas에서 가솔린 플러스 프로세스(STG+)로

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STG+ 프로세스

세 번째 기액화 공정은 천연가스 유래의 신가스를 열화학적 단일 루프 공정을 통해 [8]드롭인 가솔린 및 제트 연료로 변환하는 MTG 기술을 기반으로 한다.

STG+ 프로세스는 1개의 연속적인 프로세스 루프에서 4개의 주요 단계를 따릅니다.이 과정은 4개의 고정 바닥 원자로로 구성되어 있으며, 연속해서 신가스가 합성 연료로 변환됩니다.고옥탄 합성 휘발유를 제조하는 단계는 다음과 같다.[9]

  1. 메탄올 합성:신가스는 대부분의 신가스를 변환하는 4개의 원자로 중 첫 번째 원자로인 1호기에 공급된다.H2) 촉매층을 통과할 때 메탄올(CHOH3)로 이동합니다.
  2. 디메틸에테르(DME) 합성:원자로 1의 메탄올이 풍부한 가스는 다음으로 두 번째 STG+ 원자로인 원자로 2에 공급된다.메탄올은 촉매에 노출되어 많은 메탄올이 DME로 변환되며, 이는 메탄올에서 탈수를 일으켜 DME(CHOCH)를33 형성합니다.
  3. 가솔린 합성:다음으로 2호기 제품 가스는 파라핀(알칸), 방향족, 나프텐(시클로알칸), 소량의 올레핀(알켄)을 포함한 탄화수소로의 DME 전환 촉매를 포함하는 세 번째 원자로인 3호기에 공급되며, 주로 C(탄화수소 분자의 탄소 원자 수)에서6 C로10 공급된다.
  4. 가솔린 처리:4호기는 3호기에서 나오는 생성물에 대해 트랜스알킬화 및 수소화 처리를 한다.이 처리는 응고점이 높으므로 가솔린에서 최소화해야 하는 두렌(테트라메틸벤젠)/이소듀렌 및 트리메틸벤젠 성분을 감소시킵니다.그 결과 합성휘발유 제품은 옥탄가가 높고 점도계 특성이 바람직하다.
  5. 구분 기호:마지막으로 Reactor 4로부터의 혼합물을 응축하여 휘발유를 얻는다.비응축 가스와 가솔린은 기존의 콘덴서/세퍼레이터에서 분리됩니다.제품 분리기에서 나오는 대부분의 비응축 가스는 재활용 가스가 되어 Reactor 1로 공급 스트림으로 보내지며, 합성 가솔린 제품은 파라핀, 방향족 및 나프텐으로 구성됩니다.

바이오기체-액체간(Bio-GTL)

메탄은 GTL의 주요 목표물로서 메탄을 처리하는 세 가지 효소에 많은 관심이 집중되어 왔다.이 효소들은 탄소와 에너지의 유일한 원천으로서 메탄을 대사하는 미생물인 메타노트로프의 존재를 지지한다.에어로빅 메타노트로프는 메탄올에 메탄올을 산화하는 효소를 가지고 있다.관련 효소는 메탄 모노옥시게나아제이며, 용해성 및 미립자(막 결합) 품종 모두에서 발견된다.이들은 다음과 같은 화학량법에 따라 산소화를 촉매합니다.

CH4 + O2 + NADPH + H+ → CHOH3 + HO2 + NAD+

혐기성 메타노트로프는 메틸-코엔자임 M 환원효소라고 불리는 효소를 사용하여 메탄의 생물학적 변환에 의존합니다.이 유기체들은 역변성 메타노제네이션에 영향을 미친다.이러한 메탄 변환 효소의 메커니즘을 밝히기 위해 많은 노력을 기울여 왔으며, 이러한 메탄 변환 효소는 [10]체외에서 촉매 작용을 재현할 수 있습니다.

바이오디젤은 무렐라 서모아세티카 및 야로비아 지방 폴리티카 미생물을 사용하여 CO로부터2 만들어질 수 있습니다.이 과정은 생물학적 기체와 [11]액체로 알려져 있다.

상업적 용도

인프라 M100 GTL 플랜트

정유소는 가스-액체 간 공정을 사용하여 일부 가스 폐기물(플레어 가스)을 그대로 판매하거나 디젤 연료로만 혼합할 수 있는 귀중한 연료유로 전환할 수 있습니다.세계 은행에 따르면 천연 가스의 150억 입방 미터(5.3×10^12)피트)또는 배기되 매년 요구액은 가치 약 30.6억 미국의 가스 소비량의 25%이나 유럽 연합의 연간 가스 consumption,[12]는 포목선. Gas-to-liquids을 통해서 유용 할 수도 있는 자원의 30%에 해당하며 플레어고 있다고 추정한다.엄마는y는 파이프라인 건설이 경제적이지 않은 위치에서 가스 퇴적물의 경제적 추출에도 사용됩니다.이 과정은 원유 자원이 고갈됨에 따라 점점 더 중요해질 것이다.

Royal Dutch Shell은 말레이시아 빈툴루에 있는 공장에서 천연가스로 디젤을 생산한다.또 다른 Shell GTL 시설로는 세계 최대 규모의 GTL [13][14]시설인 카타르의 Pearl GTL 공장이 있습니다.SASOL은 최근 카타르 Ras Laffan Industrial City에 Oryx GTL 시설을 건설했으며 우즈베키스탄 GTL 공장을 우즈베키스탄 [15][16][17]네프테가즈, 페트로나스와 함께 건설하고 있습니다.쉐브론사는 나이지리아 국립석유공사와 합작해 사솔 기술을 사용하는 에스크라보스 GTL을 나이지리아에서 위탁하고 있다.남아프리카공화국 국영석유회사인 페트로사는 사솔 GTL 기술을 [18]이용해 모셀만에 하루 2만2000배럴(용량) 규모의 GTL 공장을 소유, 운영하고 있다.

야심찬 벤처 및 신흥 벤처

새로운 세대의 GTL 테크놀로지는, 종래와는 다른, 리모트, 문제가 있는 가스를 귀중한 액체 [19][20]연료로 변환하기 위해서 추진되고 있습니다.혁신적인 Fischer-Tropsch 촉매에 기반한 GTL 공장은 인프라 기술에 의해 구축되었습니다.그 외 주로 미국 기업으로는 Velocys, ENVIA Energy, Waste Management, NRG Energy, ThysenKrupp Industrial Solutions, Liberty GTL,[24] Petrobras,[21][25] Greenway Innovative [22]Energy,[23] Compact GTL 및 Petronas가 있습니다.이러한 프로세스 중 일부는 제트 [26][27]연료를 사용한 시연 비행을 통해 입증되었습니다.

고립된 가스에 대한 또 다른 제안 솔루션은 메탄올, 디젤, 가솔린, 합성 원유 및 나프타와 [28]같은 액체로의 기체의 해상 전환을 위한 새로운 FPSO를 사용하는 것입니다.

GTL의 경제

천연가스를 사용하는 GTL은 배럴당유(BOE) 기준으로 현재 천연가스 가격과 원유 가격 사이에 큰 차이가 있을 때 더 경제적이다.계수가 0.1724이면 전체 오일 [29]패리티가 됩니다.GTL은 세계 천연가스 생산 확대에 따른 천연가스 가격 대비 경유/가솔린/크루드유 국제 가격을 원유 가격보다 저렴하게 인하하는 메커니즘이다.천연가스가 GTL로 전환되면 액상제품은 LNG로 전환하거나 수입국에서 [30][31]액상제품으로 전환하는 것보다 더 저렴한 가격에 수출하기 쉬워진다.

하지만 GTL 연료는 기존 [32]연료보다 생산 비용이 훨씬 더 많이 듭니다.

「 」를 참조해 주세요.

참고 문헌

레퍼런스

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