فاز گاز به مایع (GTL) 7 کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

فاز گاز به مایع (GTL) 7 کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه مهندسی صنایع

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

فصل ۷

فاز گاز به مایع (GTL)

۷ـ۱٫ مقدمه

گاز طبیعی به احتمال زیاد سهم زیادی از بازار انرژی جهانی را به خود اختصاص می دهد و بر این مبنا ویژگی های مختلف آن همانند حمل و نقل، کاربرد خطوط لوله، CNG، LNG و غیره در فصل های ۵ و ۶ این کتاب مورد بررسی قرار خواهد گرفت. با این وجود، بحث پیرامون گاز طبیعی به عنوان سوخت وسایل نقلیه موتوری چندان آسان نمی باشد و دو روشی که غالباً در این زمینه به ذهن می آیند شامل کاربرد CNG، یا به طور مستقیم، از طریق تولید نیروی الکتریسیته و نهایتاً استفاده در وسایل نقلیه برقی می باشد. برخی از مسایل مربوط به این مؤلفه آخری در فصل ۹ تحت پوشش قرار خواهد گرفت.

از آنجایی که مصرف خاص سوخت های مایع، نظیر کاربرد در صنایع هوایی، برای دهه های آتی مورد نیاز می باشد، هیچ چیز واقعی در افق مربوطه حتی برای طولانی ترین مدت محتمل وجود ندارد. فرآیند گاز به مایع (GTL) اجازه تبدیل گاز طبیعی به هیدروکربن های مایع و اکسیژن دهی از طریق واکنش های شیمیایی را می دهد. این هیدروکربن ها سازگار با سوخت ها و مواد شیمیایی تولیدی در بنزین و محدوده میان تقطیر یک پالایشگاه نفت می باشند. آنها شامل نفتا، دیزل، نفت سفید، روان کننده ها و واکس ها می باشند. محصولات GTL ممکن است مواد شیمیایی دیگر نظیر آمونیاک، متانول و متیل ترت ـ بوتیل اتر (MTBE)، یک ماده اصلی اضافه شده به بنزین موتور، را نیز در بر داشته باشند.

در عین آنکه، برای دهه ها به جای توجه به عامل های اقتصادی GTL، بیشتر بر روی ویژگی سیاسی آن تمرکز شده است (نظیر آفریقای جنوبی در طی آپارتاید)، پیشرفت های فنی اخیر سبب شده است تا GTL از رقابت پذیری بیشتری برخوردار شود. در سال ۲۰۰۹، تأسیسات نسبتاً اندکی در ارتباط با عملیات تجاری وجود داشت (همانند تأسیسات ساسول در آفریقای جنوبی و شل در مالزی). با این وجود، تأسیسات متعددی در مقیاس تجاری مورد توجه جدی قرار گرفتند و فعالیت GTL حتی ممکن است در آینده در نتیجه راهکارهای تجاری خصوصی و سرمایه گذاری های استراتژیک به وسیله دولت های مختلف با توجه به اهمیت ذخایر گاز طبیعی با رشد روبرو شوند.

این فصل مزیت های بالقوه حاصله از تبدیل GTL، روش های پایه GTL و تاریخچه آنها، اصول علمی و مهندسی GTL، و مهمترین فناوری ها و کاربردهای این مؤلفه را مورد بررسی قرار می دهد.

فاز گاز به مایع (GTL) 7 کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

۷-۲٫ چرا GTL؟

تبدیل شیمیایی گاز طبیعی به مایعات سبب می شود تا یک منبع جایگزین سیالات در مقایسه با محصولات سنتی پالایشگاهی از نفت خام حاصل آید. مزیت های آشکاری در ارتباط با این فعالیت وجود دارد نظیر امنیت انرژی برای ملل مختلف که دارای دسترسی اندک یا مشکلی به نفت می باشند اما در عین حال از دسترسی بهتری به گاز طبیعی برخوردار هستند. به علاوه، GTL سبب تسهیل حمل و نقل گاز طبیعی از منابع تولید دوردست به مقاصد مصرفی خواهد شد، آن هم در صورتی که روش های جایگزین خط لوله یا LNG از نقطه اقتصادی یا فنی جذاب نباشند. از آنجایی که سوخت های مایع با قابلیت آسانتری به وسیله کشتی ها، راه آهن یا ماشین حمل و نقل یا توزیع می شوند و قابلیت ذخیره سازی در مقصد را دارند، فرآیند تبدیل گاز طبیعی به GTL ارائه دهنده یک ویژگی انعطاف پذیر ممتاز در مقایسه با خط لوله و LNG می باشد. GTL به عنوان یک جایگزین برای مناطقی که در آن CNG به عنوان یک ماده قابل توجه به شمار می آید محسوب نخواهد شد چرا که سرمایه گذاری اولیه GTL و هزینه های عملیاتی آن، در مقایسه با اندازه منابع صرف شده برای CNG، متناسب نمی باشد.

یکسری از مزیت های دیگر نیز وجود دارند که همگی آنها در ارتباط با ویژگی های اقتصادی محلی و بین المللی می باشند که ممکن است خود نتیجه کاربرد فناوری های GTL نیز باشند. لیست ذیل نشان دهنده مزیت های مرتبط می باشد:

• کسب درآمد از گاز طبیعی متروک[۱] (خوانده شده به این نام بواسطه قرار گیری در محلی که قابلیت دسترسی به خدمات حمل و نقل وجود ندارد و یا بواسطه دوردست بودن و عدم قابلیت استخراج اقتصادی آن – مترجم) حاصل آمده از مناطق وسیع و در عین حال مشکل. با وجود آنکه ذخایر جهانی گاز طبیعی فراوان می باشند و بر مبنای انتظارات از طول عمری بیشتر از نفت نیز برخوردار هستند، غالب این ذخایر (یک دوم الی دو سوم در اتحاد جماهیر شوروی و خاورمیانه) از دسترسی دریایی محروم بوده و حتی ممکن است برخی از آنها در نواحی محیطی کاملاً متخاصم و سخت نظیر مناطق قطبی قرار گرفته باشند. چنین موردی به عنوان یک شکل بسیار مشکل گاز “بدون متروک” تلقی می شود. در غیاب خطوط لوله، برای حمل و نقل مؤثر گاز از مبدأ به مقصد، GTL می تواند یک فناوری مناسب و مقرون به صرفه را ارائه نماید در عین آنکه محصولات GTL ممکن است به صورت همیشگی از نقطه نظر اقتصادی در مقایسه با محصولات متعارف نفتی قابل رقابت نباشند، آنها را می توان به عنوان جایگزینی در ارتباط با کسب درآمد از گاز طبیعی متروک که از ارزش کمی از نقطه نظر فرصت های پیش روی برخوردار است در نظر گرفت.

ویژگی های کلیدی تأثیرگذار بر روی رقابت پذیری GTL هزینه سرمایه ای، هزینه های عملیاتی، مقیاس تأسیساتی و میزان بهره گیری از تأسیسات می باشند. بنابراین، در بسیاری از مواقع، GTL قابلیت ارائه گاز طبیعی به بازار را دارد، موردی که در غیر این صورت دسترس پذیر نمی بود. بعلاوه در این راستا می بایست قابلیت تولید مقادیر قابل توجه گاز طبیعی را در نظر گرفت که بطور معمول از زمین استخراج نمی شود.

…

فاز گاز به مایع (GTL) 7 کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

۷ـ۳٫ فرآیندهای GTL

تبدیل گاز طبیعی با کیفیت خط لوله (مخصوصاً متان) به مایع در حقیقت به عنوان یک فرآیند پلیمریزاسیون به شمار می آید. در این فرآیند هیدروژن حذف گردیده و مولکول های متان به هیدروکربن با زنجیره طولانی تر یا مولکول های مرتبط، مشابه با مولکولهای یافته شده در اجزای نفت خام پلیمره می شوند. این اجزا شامل سوخت دیزل، نفتا، واکس و دیگر محصولات نفتی مایع یا محصولات خاص می باشند.

دو فناوری اصلی GTL وجود دارد: تبدیل مستقیم گاز طبیعی به سوخت های مایع و تبدیل غیرمستقیم از طریق گاز سنتز (syngas). تبدیل مستقیم از تولید گاز سنتز جلوگیری می کند، اما کنترل آن مشکل است و دارای انتخاب پذیری سطح اندکی می باشد (<20%)، و به علاوه از نرخ تبدیل پایینی نیز برخوردار است (<40%). چندین نوع از فرآیند تبدیل مستقیم ارائه شده اند، اما هیچ کدام از آنها از نقطه نظر اقتصادی صرفه جویانه نبوده اند.

در مقابل، تبدیل غیرمستقیم بر مبنای سه مرحله اصلی ذیل می باشد:

1. ریفرمینگ[۵] (تبدیل کاتالیستی[۶]) گاز طبیعی به گاز سنتزی (عمدتاً ترکیب مونوکسید کربن و هیدروژن با نسبت های متفاوت).

2. سنتز فیشر ـ تروپش[۷] (که با توجه به نام فرانزفیشر و هانس تروپش است که این فرآیند را در آلمان در اوایل ۱۹۲۰ ارائه نمودند) برای تبدیل کاتالیزوری گاز سنتز به هیدروکربن های مایع یا اکسیژن دهی[۸].

3. به روزرسانی محصولات از طریق تعدادی از فرآیندهای استاندارد پالایشگاهی، نظیر هیدروکراکینگ[۹]، ایزومریزاسیون[۱۰]، یا تبدیل کاتالیستی (شکل ۷ـ۱).

[۱] Stranded natural

[۲] associated gas

[۳] syncrude

[۴] cetane number

[۵] Reforming

[۶] catalytic conversion

[۷] Fischer-Tropsch

[۸] oxygenate

[۹] hydrocracking

[۱۰] isomerization

فاز گاز به مایع (GTL) 7 کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

۴-۷٫ GTL مبتنی بر تبدیل مستقیم گاز طبیعی

فرآیند تبدیل مستقیم متان به هیدروکربن­های سطح بالاتر ممکن است خود ناشی از تعداد متعددی از واکنش ­ها باشد. (توجه داشته باشید در این فصل هر دو مورد معادله ­ها و واکنش ­ها بصورت ترتیبی شماره گذاری شده­اند).

مثال ۱-۷٫ روش تولید متانول از طریق تبدیل مستقیم GTL

مطلوب است محاسبه جرم متانول (بر حسب پوند) با قابلیت تولید از ۴     (۴ بیلیون  فوت مکعب). با فرض آن که کل حجم تولیدی آن متان است، میزان پوند اکسیژن مورد نیاز برای تولید چقدر است؟

راه حل:

رابطه استوکیومتری[۱] از واکنش (۷-۴) مشخص شده است. حجم مولی استاندارد گاز طبیعی، با استفاده از قانون گاز ایده آل و با در نظر گیری ۱۴٫۷ Psi =  ،  محاسبه شده و ۱ =  نیز برابر با مورد ذیل حاصل می شود: .    بنابراین    مترادف  با     بدست می آید. بر اساس واکنش (۷٫۴ ) این مورد به  اکسیژن برای تولید   متانول  نیازمند است. بنابراین جرم متانول تولید شده برابر با معادله ذیل خواهد بود:

[۱] stoichiometric relationship

۵-۷٫ GTL بر مبنای تبدیل غیر مستقیم گاز طبیعی

۱-۵-۷٫ اصول اولیه

همانطورکه در شکل ۱-۷ نشان داده شده است. تبدیل غیرمستقیم گازطبیعی به سوخت های مایع از طریق دو مرحله اصلی (ریفرمینگ و فیشر-تروپش) و احتمالا با دنبال نمودن یک مرحله ثالث (ارتقا) دنبال می شود.

مرحله اول فرآیند ریفرمینگ / تبدیل گاز طبیعی است. واکنش اصلی این مرحله را می توان بصورت نسبی بشرح ذیل در نظر گرفت:

فاز گاز به مایع (GTL) 7 کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

۷-۵-۲٫ ریفرمینگ گاز طبیعی و گاز سنتز

گاز سنتزی اولین بار در نیمه دوم قرن نوزدهم در نتیجه فرآیند گازی کردن[۱] ذغال سنگ، تجاری سازی شد. با این حال، واکنش اصلی این فرآیند (عبور بخار بر فراز کربن دماشیدگر[۲]) در قرن هجدهم شناخته شده بود. در واقع، این فرآیند را می توان بطور نسبی بواسطه اهمیت سوخت های مایعی دانست که از  گاز سنتزی حاصله از زغال سنگ  تولید شده که خود نهایتا موجب توسعه فرآیند فیشر- تروپش در آلمان و استفاده گسترده از آن در طی جنگ جهانی دوم شد. تولید گاز سنتزی از گاز طبیعی در قرن بیستم از اهمیت ویژه ای برخوردار شد، که علت آن را می توان دسترسی گسترده به گاز طبیعی ارزان دانست. علاوه بر، شکل گیری مبنای سوخت های مایع، گاز سنتزی فراهم آورنده هیدروژن برای استفاده در صنایع شیمیایی (عمدتا برای سنتز آمونیاک) یا بعنوان سوخت می باشد. بعلاوه می توان از آن بعنوان خوراک پیل های سوختی در آینده نیز استفاده نمود.

گاز سنتزی را می توان از گاز طبیعی با استفاده از بخار دی اکسید کربن (CO₂) خشک یا اکسی ریفرمینگ[۳] تولید نمود. یک تفاوت مهم بین این رویکردها ترکیب (نسبت H₂ به CO) گاز سنتزی تولیدی، همانگونه  که در جدول ۷-۱ خلاصه شده است، می باشد. این ترکیب برای مراحل­ بعدی در GTL، یعنی سنتز فیشر- تروپش، مهم تلقی می شود.

ریفرمینگ بخار

فرآیند ریفرمینگ بخار در حقیقت به عنوان یک فناوری غالب تبدیل گاز به شمار می آید. این فناوری دارای یک تاریخچه طولانی در ارتباط با توسعه می باشد و به عنوان مبنایی برای گاز سنتزی و هیدروژن برای سالیان متمادی به شمار آمده است. علاوه بر کاربرد پالایشگاهی آن، ریفرمینگ بخار هم اکنون به عنوان یک روش ترجیحی تولید هیدروژن برای سنتز آمونیاک نیز محسوب می شود.

[۱] gasification

[۲] incandescent carbon

[۳] oxy reforming

فاز گاز به مایع (GTL) 7 کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

ریفرمینگ CO₂ یا خشک

ریفرمینگ خشک[۱] متکی به واکنش ذیل است:

ریفرمینگ خشک کمتر از ریفرمینگ بخار مورد استفاده قرار گرفته و کاربرد اصلی آن برای آن دسته از فرآیندهایی می باشد که نیازمند نسبت بالای CO در گاز سنتزی می باشند. ترمودینامیک ریفرمینگ خشک مشابه با ریفرمینگ بخار می باشد. تفاوت اصلی عملیاتی ریفرمینگ خشک در مقایسه با ریفرمینگ بخار تمایل آن به ککزایی، بر حسب ویژگی های شدیدتر به واسطه عدم وجود بخار جهت حذف کربن بر مبنای واکنش (۷ـ۲۹)، می باشد. در برخی از کاربردها، نظیر ریفرمینگ ترکیبی[۲] (ترکیب ریفرمینگ بخار و خشک) بخار برای محدودسازی مؤثر مشکلات ککزایی بکار گرفته می شود. از آنجایی که فرآیند ککزایی به سرعت سبب غیرفعال سازی کاتالیست های Ni می شود، کاتالیست های Rh و Ru در غالب کاربردهای ریفرمینگ خشک مورد استفاده قرار می گیرند.

[۱] Dry Reforming

[۲] mixed reforming

اکسی ریفرمینگ یا اکسیداسیون جزئی و ریفرمینگ اتوترمال

اکسیداسیون جزئی (POX) به عنوان یک روش اثبات شده دیگر برای تولید گاز سنتز به شمار می آید. در اکسیداسیون جزئی، گاز طبیعی دارای واکنش با اکسیژن خالص در دمای فراتر از ۱۰۰۰ درجه سلسیوس می باشد. واکنش کلی در حقیقت به صورت واکنش غیرکاتالیستی و گرمازایی نسبی خواهد بود:

پیش ریفرمینگ

با وجود آنکه گاز طبیعی غالباً حاوی متان می باشد، در برخی از موارد ممکن است با مقادیر زیادی از هیدروکربن ها (نظیر ۱۰% C₂–C₄) سر و کار داشته باشیم. چنین موردی سبب خواهد شد تا به رآکتورهای ریفرمینگ بزرگ نیاز باشد که خود سبب تشدید مشکلات مربوط به کربن می شود. در چنین نمونه هایی، یک مرحله فرآیند پیش ریفرمینگ[۱] را می توان به فرآیند ریفرمینگ گاز اضافه نمود. واکنش اصلی در پیش ریفرمینگ به شرح ذیل می باشد:

[۱] prereforming

فاز گاز به مایع (GTL) 7 کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

۷ـ۵ـ۳٫ سنتز فیشر ـ تروپش

عبارت های سنتز فیشر- تروپش یا شیمی فیشر – تروپش به یکسری از فرآیندهای گسترده مشابه اشاره دارند که متکی به واکنش شیمیایی کاتالیزوری است که نهایتاً سبب تولید هیدروکربن های مایع از گاز سنتزی خواهد شد. فرانز فیشر و هانز تروپش به عنوان افرادی به شمار می آیند که اقدام به ساخت (و به ثبت رسانی) پیشرفت های معنی داری در ارتباط با دو ویژگی شیمی و مهندسی فرآیندهای مترادف نموده و بنابراین شایسته است تا نام آنها بر روی چنین فرآیندهای گذاشته شود. خط زمانی سنتز فیشر – تروپش در جدول ۷ـ۹ خلاصه شده است.

انستیتو تحقیقاتی ویلهلم (تحقیقات مربوط به زغال سنگ) به عنوان یک مرکز تحقیقاتی و توسعه در دهه ۱۹۲۰ ایجاد شد که در آن با استفاده از فرآیند فیشر – تروپش آلمان توانست نسبت به تولید سوخت مایع به صورت محلی از مخازن زغال سنگ نواحی اطراف اقدام نموده و با توجه به این موضوع قابلیت مرتفع سازی مشکل عدم وجود منابع نفتی حاصل شد. با توجه به منابع نفتی اصلی در اطراف جهان که غالباً تحت کنترل نیروهای متحد بود، فناوری فیشر – تروپش به طور گسترده ای در آلمان و ژاپن جهت تولید در طی جنگ جهانی دوم بکار گرفته شد. ظرفیت صنعتی آلمان در نتیجه بمباران نیروهای متحدین در انتهای جنگ نابود شد. پس از جنگ جهانی دوم، شرکت های وابسته به ایالات متحده و بریتانیا از فرآیند فیشر ـ تروپش جهت تولید سوخت سنتزی استفاده نمودند. با این وجود، هزینه های بالای سرمایه ای و عملیاتی، همراه با نگرانی های محیط زیستی، و مهمتر، دسترسی گسترده ارزان قیمت به نفت سبب شد تا این فرآیند نیز به بوته فراموشی سپرده شود.

شیمی فیشر ـ تروپش

سنتز هیدروکربن های فیشر – تروپش شامل محدوده گسترده ای از واکنش ها می باشد که می توان آن را به طور کلی در قالب ذیل خلاصه نمود:

اما آنها در مقادیر بسیار کوچکی هستند و غالباً نادیده انگاشته می شوند. از نقطه نظر تاریخی سنتز فیشر ـ تروپش اولیه بر روی فرآیند اکسیژن دهی تمرکز داشته است.

در صورتی که واکنش محصولات (۷ـ۳۴) حاوی آلکان ها یا آلکین ها (هر کدام از ۱ الی ۴۰ + اتم کربن) و H₂O و CO₂ باشند این ویژگی ها منوط به موارد ذیل خواهند بود:

• نسبت H₂/CO

• کاتالیزور

• نوع رآکتور

• شرایط فرآوری

آلکان ها به واسطه واکنش (۷ـ۳۴) شکل یافته و عمدتاً به عنوان ساختار راست زنجیر به شمار می آیند و به صورت سه تایی می باشند. به طور کلی، H₂O در صورتی شکل خواهد گرفت که H₂ به وفور وجود داشته باشد، در غیر این صورت CO₂ شکل می گیرد. برای گاز سنتزی ایجادی از گاز طبیعی (به عنوان بخشی از فرآیند GTL)، نسبت H₂/CO در محدوده ۸/۱ ـ ۳/۲ خواهد بود، که منوط به روش ریفرمینگ می باشد (به بخش ۷ـ۵ـ۲ ریفرمینگ گاز طبیعی و گاز سنتزی رجوع شود)، و با توجه به این نسبت فیشر – تروپش سازگار با GTL می گردد. محصولات ترجیحی برای GTL آلکان ها و H₂O می باشند.

کاتالیست های فیشر ـ تروپش

انتخاب کاتالیست مناسب می تواند بر روی واکنش های مشخص شده در مکانیزم اصلی مربوط به واکنش های فیشر ـ تروپش تأثیرگذار باشد، بنابراین چنین موردی نهایتاً بر روی توزیع محصولات تأثیر خواهد داشت. جدول ۷ـ۶ نشان دهنده فعالیت های پایه ای می باشد که کاتالیست های فیشر ـ تروپش می بایست از خود نشان دهند، این مورد همچنین در بردارنده مهمترین کاندیدهای مرتبط نیز می باشد. این جدول تشریح کننده انتخاب های کاتالیست بر مبنای ویژگیهای مشخص شده در شکل ۷ـ۹ است. انتخاب کاتالیست بر روی مقدار احتمال رشد زنجیره a تأثیرگذار خواهد بود، بنابراین می تواند بر روی توزیع محصول نیز تأثیر داشته باشد. جدول ۷ـ۷ نشان دهنده تأثیر بر روی a متغیرهای اصلی مرتبط با ترکیب و آماده سازی کاتالیست می باشد.

رآکتورهای فیشر ـ تروپش

طراحی رآکتور برای سنتز فیشر ـ تروپش دارای تأثیرات معنی داری بر روی ترکیب محصول (از طریق تأثیرگذاری بر روی احتمال رشد زنجیر a)، قابلیت کاربرد، ایمنی و ویژگی های اقتصادی می باشد. با وجود آنکه طراحی های مختلفی به وسیله شرکت های متعدد ارائه شده اند، سه دسته بندی رآکتور ذیل را می توان به طور شاخص مشخص نمود که عبارتند از بستر ثابت[۱]، بستر رآکتورهای گردشی[۲] و بستر سیال همراه[۳]، و رآکتورهای دوغابی[۴] (شکل ۷ـ۱۹).

[۱] fixed-bed

[۲] circulating-bed reactor

[۳] entrained fluidized-bed

[۴] slurry reactor

فاز گاز به مایع (GTL) 7 کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

رآکتورهای بستر ثابت

رآکتورهای بستر ثابت متشکل از یکسری از هزاران لوله باریک دراز می باشند که به صورت عمودی در داخل یک مخزن جای گرفته اند. هر لوله حاوی ذرات کاتالیست (در حدود قطر ۲ الی ۳ میلیمتر) است. این مخزن همچنین به عنوان یک مبدل حرارتی جهت حذف گرمای ناشی از واکنش فیشر ـ تروپش از طریق ایجاد بخار در بخش خروجی لوله ها عمل می نماید.

رآکتورهای بستر ثابت ساده، انعطاف پذیر و قابل مقیاس بندی آسان می باشند. با این وجود، آنها دارای یک سری از معایب نیز می باشند:

• هزینه بالا

• وجود رآکتورهای متعدد به صورت موازی برای تأسیسات بزرگتر

• جهت اجتناب از افت بالای فشار در لوله های رآکتور، ذرات کاتالیستی بزرگ مورد نیاز هستند که خود منجر به حصول ضریب کارایی اندک (فعالیت کاتالیستی اندک بر حسب واحد جرم، گردیده که نهایتا منجر به ایجاد مشکلاتی برای واکنش گرها در زمینه نفوذ به هسته یک ذره کاتالیست می شود).

• انتقال اندک حرارت از بستر کاتالیست و گوناگونی دمایی در لوله ها. این مورد منجر به (الف) مشکلاتی در کنترل ترکیب محصول به واسطه گوناگونی احتمال رشد زنجیر a می شود، (ب) نقاط داغ در بستر کاتالیست که ممکن است منجر به سینترینگ یا تف جوشی[۱] و ناپایداری رآکتور شود، و (ج) نرخ تبدیل کم (۳۵ ـ ۴۰ درصد) ضروری جهت اجتناب از حاصل آوردن دمای بیش از حد (در چنین موردی، خوراک واکنش نداده ممکن است مجدداً در چرخه بازیافت قرار گیرد).

[۱] sintering

رآکتورهای گردشی و بستر سیال همراه

رآکتورهای گردشی بستر سیال قابلیت مرتفع سازی مشکل مربوط به حرارت که می تواند بر روی رآکتورهای بستر ثابت تأثیرگذار باشد را دارند. بر این مبنا گرما از طریق کویل های خنک کننده داخلی تعدیل می یابد که خود سبب ایجاد بخار در بخش واکنشی می گردد (شکل ۷ـ۱۹)، که در آن نهایتا ذرات کاتالیستی کوچک (۱۰۰mm) با خوراک به گردش در می آیند. محصولات واکنشی و گردش کاتالیست از بخش واکنش به بخش جداسازی (سمت راست) که در آن محصولات برداشت می شوند نیز از جمله ویژگی های ارائه شده در این مبحث است.

رآکتورهای دوغابی

روش دیگر جهت تسکین مشکل انتقال ضعیف حرارت رآکتورهای بستر فشرده کاربرد رآکتورهای دوغابی می باشد. دوغاب به عنوان مخلوط ذرات کاتالیستی (۱۰ ـ ۲۰۰ mm) و محصول نفت در حدود ۳۵ درصد در یک رآکتور به شمار می آید (شکل ۷ـ۱۹). حرارت واکنشی از طریق کویل های خنک کننده داخلی که بخار تولید می کنند حذف می شود. بخشی از دوغاب در جایی که روغن از فیلتر خارج می شود به سمت خارج رانده شده و ذرات کاتالیستی نیز جدا گردیده و بازیافت می شوند.

…

فاز گاز به مایع (GTL) 7 کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

۷ـ۵ـ۴٫ به روز رسانی محصول

فرآیند به روز رسانی محصول از پروسه های استاندارد حاصل آمده از سیستم های پالایش نفت استفاده می نماید تا از این طریق قابلیت ارائه محصولات مناسبتر GTL به وجود آید.

از آنجایی که سیستم های فیشر ـ تروپش در مقادیر بالای a به منظور اجتناب از گاز در محصولات بگار گرفته می شوند (شکل ۷ـ۱۷)، آنها مقادیر درصدی بالای واکس های خطی سنگین را تولید می کنند. این واکس ها به هیدروکربن های باارزشتر در محدوده تقطیر میانی تبدیل می شوند (دیزل و نفتا) که برای این کار فرآیند هیدروکراکینگ مورد استفاده قرار می گیرند. هیدروکراکینگ به عنوان یک فرآیند کاتالیستی بالغ مطرح می باشد که در سیستم های پالایشگاهی نفت توسعه یافته است و در آنجا با اهداف یکسان مورد استفاده قرار می گیرد. طراحی های مختلف رآکتور با استفاده از انواع کاتالیزورها جهت انجام فرآیندهای کراکینگ با مناطق اسیدی و هیدروژن دار کردن با مناطق فلزی وجود دارند. مثال های مرتبط شامل Pt با بکارگیری در زئولیتها و Co، Ni، Mo و W با پشتیبانی بر روی SiO₂–Al₂O₃ یا زئولیت ها می باشند. از آنجایی که محصولات فیشر ـ تروپش دارای هیچ گونه ترکیبات سولفور یا نیتروژن نمی باشند و به علاوه از آروماتیک ها نیز بی بهره هستند، آنها به عنوان محصولات پاکتری در مقایسه با خوراک های نفتی به شمار آمده که سبب می شوند تا بخار GTL قابلیت هیدروکرک بسیار آسانتری در مقایسه با محصولات نفتی داشته باشد.

۷ـ۶٫ ویژگی های اقتصادی و چشم انداز GTL

انجام تحلیل امکان سنجی دقیق اقتصادی پروژه های GTL مشکل می باشد، آن هم با توجه به نوسانات قیمت های نفت و گاز، و همچنین سیر تکاملی پیوسته فناوری GTL و هزینه تأسیسات مربوطه. با این وجود، عامل های مربوط به مشخص سازی هزینه / سود بر روی فرآیندهای GTL نفوذ دارند (Seddon، ۲۰۰۴). در این بخش، مهمترین عامل های اقتصادی GTL مورد بررسی قرار می گیرند، آن هم با توجه به درک کامل این مسئله که چنین ویژگی هایی در خلال زمان سیر تکاملی خود را می پیمایند.

به طور کلی، انتظار بر آن است که GTL صرفاً بخش اندکی از تقاضای جهانی در ارتباط با سوخت در یک چشم انداز آتی را به خود اختصاص دهد. به جای تولید سوخت با توجیه اقتصادی، ادعای اصلی GTL (همراه با تسهیل فرآیند انتقال گاز طبیعی) ویژگی مربوط به کیفیت و تعامل محیط زیستی سوخت های تولیدی می باشد. بر این مبنا، سوخت GTL را می توان با سوخت های پالایشگاهی به منظور حاصل آوردن کیفیت بهتر ترکیب نمود. به طور مثال، سوخت دیزل GTL در مقادیر کوچک به عنوان سوخت ترکیبی در تعدادی از جایگاهها عرضه می شود.

فرآیند GTL از نقطه سرمایه ای و انرژی پرهزینه می باشد. با این وجود، هزینه های ثابت به صورت یکنواخت یک روند نزولی را طی نموده که علت آن را می توان ارتقای فناوری دانست. از یک ارزش حدوداً ۱۲۰ هزار دلاری سرمایه گذاری در بشکه سوخت تولیدی در دهه ۱۹۵۰، این هزینه تا کمتر از ۵۰ هزار bbl دلار کاهش یافته است و ویژگی های اخیر سبب شده است که این مقدار به زیر ۳۵ هزار bbl افت نماید. هدف حاصل آوردن مبلغی کمتر از ۲۰ هزار bbl می باشد. چنین موردی ممکن است در آینده محقق شود آن هم در صورتی که پیشرفت های فناوری و علمی (کاتالیزوری) به طور کارآمد در پروسه GTL حاصل شوند. با توجه به مقایسه، مقدار منطبق برای پالایش نفت خام به میزان کمی فراتر از ۱۰ هزار bbl می باشد.