گاز طبيعي موارد مصرف گوناگوني داشته و بعضا به عنوان سوخت و يا ماده اوليه در تهيه محصولات شيميايي به كار مي رود كه از مهمترين اين محصولات مي توان آمونياك و متانول را نام برد
به طور كلي قيمت گاز در سطح جهاني بسيار متفاوت بوده و معمولا بين ۴-۰.۵ به ازاي هر ميليون BTU متغير است. چنانچه گاز طبيعي به آمونياك يا متانول تبديل شود ارزش افزوده اي معادل ۶-۴ دلار به ازاي هر ميليون BTU خواهد داشت. در هنگام استخراج نفت خام، مقادير كمي گاز طبيعي نيز حاصل مي شود كه يا در محل سوزانده و يا در محيط رها مي شوند كه به دليل قوانين دشوار محيط زيستي و ماليات هاي حاكم بر آن توليدكنندگان همواره درصدد يافتن راهي براي حل اين مشكل بوده اند. در شرايط موجود منطقي ترين روش، تبديل اين گازها به متانول مي باشد كه از شرايط جابه جايي و حمل ونقل راحت تري برخوردار است.
در سال هاي اخير نيز با توجه به تنوع بازار مصرفي متانول(پيل هاي سوختي، تصفيه آب و …) توليدكنندگان در جستجوي بازارهاي جديدتر بوده و در نهايت اقدام به تبديل متانول به پلي الفين ها كرده اند.
فرآيند M TO مطالعات اوليه فرآيند M TO با تحقيقات به عمل آمده برروي كاتاليست ها توسط شركت يونيون كاربايد صورت گرفت و از سال ۱۹۸۸ با واگذاري اين بخش به u op و امضاي قرارداد مشاركت همكاري با شركت Norsk Hydro به كار خود ادامه داده است. مشخصه اصلي واحد MTO ،خوراك آن يعني متانول خام مي باشد و به دليل اينكه نيازي به تقطير اوليه نيست در صورت احداث واحد M TO در كنار واحد متانول، هزينه هاي سرمايه اي كاهش مي يابد. در شكل زير شماي كلي واحد ديده مي شود كه قلب فرآيند شامل راكتور و بخش احياي كاتاليست مي باشد.
نمودار متانول خام پس از ورود به راكتور به مخلوطي از اتيلن و پروپيلن تبديل شده و محصول حاصل از بالاي راكتور خارج مي شود. كاتاليست مصرف شده نيز از پايين راكتور به محفظه احياء هدايت مي شود.
محصول بالاي راكتور يعني مخلوط اتيلن و پروپيلن در بخش بازيابي حرارت، عمده آب خود را از دست مي دهد. اين عمل پيش از آنكه از درون دي اكسيد كربن عبور كند، صورت مي پذيرد. در ستون هاي تقطير، مخلوط فوق به صورت اتيلن، پروپيلن، متان، اتان، پروپان و برش C 4 تجزيه مي گردد. شركت Norsk Hydro براساس طرح فوق يك واحد با ظرفيت سالانه 250 هزار تن و با راندمان۸ /۹۹ درصد در كشور نروژ احداث نموده است. راه هاي استفاده از اين فرآيند در حال حاضر سه امكان استفاده از فرآيند M TO وجود دارد: 1) واحد MTO و واحد متانول در يك سايت دراين حالت مجتمعي شامل: واحدهاي متانول ،M TO ، پلي الفين و يا واحدهاي پايين دستي اولفين ها شامل آكريلو نيتريل، اتيلن اكسايد و اتيلن گليكول در نظر گرفته مي شود.
2)واحد MTO به تنهايي در اين حالت يك واحد بزرگ متانول با خوراك گاز طبيعي احداث شده و متانول توليدي با شرايط آسان تري نسبت به حمل گاز طبيعي جابه جا مي گردد و توسط تانكر به واحد M TO كه در مجاورت واحدهاي پايين دستي احداث گرديده است، حمل مي گردد.
2) افزودن واحد MTO به واحد كراكر نفتا/LPG آغاز كار با استفاده از يكي از دو روش فوق (1 يا 2) مي باشد، با اين تفاوت كه بخش جداسازي واحد MTO به واحد كراكر ادغام مي گردد، كه نتيجه آن صرفه جويي در هزينه هاي بالا سري مي باشد. مزاياي اقتصادي به گفته تحليلگران شركت UOP ، هزينه احداث واحدهاي MTO و پلي اولفين بسيار قابل توجه بوده (شايد ۹۰۰ميليون دلار براي واحدهاي جديد التاسيس و 600 ميليون دلار براي واحدهاي نصب شده در مجاورت واحدهاي موجود) ، آيا به راستي ارزش افزوده محصول جبران هزينه ها را مي نمايد؟
در سال ۱۹۹۹ اين شركت مبادرت به ارائه نتايج يك بررسي مطالعاتي در زمينه بازگشت سرمايه براي واحدهاي تبديل گاز به متانول و تبديل گاز به پلي الفين نمود.
اين بررسي ها با فرض اينكه هر دو واحد متانول و پلي اولفين در خليج فارس و به صورت تازه تاسيس نصب و از خوراك گاز طبيعي به قيمت 75/0 دلار در هر ميليون B TU استفاده شود و ظرفيت مورد نظر نيز در مورد اين واحدها در مقياس جهاني (۳۵/۱ميليون تن در سال متانول و -۲۵۰-۲۰۰ هزار تن در سال پلي اتيلن و پلي پروپيلن) انجام گرفته است. يك واحد متانول نيز با ظرفيت ۴۰۰ هزار تن در سال جهت تامين خوراك واحد MTO در نظر گرفته شد. قيمت هاي در نظر گرفته شده براي محصولات نيز قيمت هاي اروپايي غربي طي سالهاي ۹۹-۱۹۸۵ در نظر گرفته شده و ميانگين يدست آمده HDPE LLDPE پلي پروپيلن متانول نام محصول ۸۷۹ ۱۰۱۳ 849 175 قيمت (دلار/تن) نتايج بدست آمده از بررسيهاي فوق حاكي از آنست كه بازگشت سرمايه عموما شبيه بهم بوده هر چند برگشت سرمايه براي متانول از وضعيت بهتري برخوردار بوده است.
بازگشت سرمايه:
متانول در مقايسه با MTO تبديل گاز به پلي اولفين ها تبديل گاز به متانول همچنين به علت مناسب MTBE طي سالهاي ۹۹-۱۹۹۴، متانول از بازگشت سرمايه مطلوبتري برخودار بوده و پلي اولفين ها بعدا به سطح فوق رسيده اند. ليكن روزهاي اوج متانول ديگر به پايان رسيده ولي در مورد پلي اولفين ها مشخص گرديده كه از رشد سالانه اي معادل 5 درصد تا سال ۲۰۰۷ در كشور آمريكا برخوردار مي باشند، در حالي كه متانول كماكان با مازاد ظرفيت مواجه بوده و اين وضعيت طي دهه آينده نيز ادامه خواهد داشت. اين امر بيانگر اهميت تبديل متانول به الفين ها از طريق فرآيند MTO مي باشد.
دست آوردهاي تجاري تاكنون در هيچ نقطه اي از جهان احداث واحد MTO به صورت Full Scale در نظر گرفته نشده است. ليكن چندين طرح در حال بررسي فني –اقتصادي مي باشد.در كشورهاي مصر و چين طرح هاي احداث اين واحد در مجاورت مجتمع هاي بزرگ پتروشيميايي و گازي و در كشورهاي ترينيداد و استراليا نيز طرح احداث اين واحد در مجاورت واحدهاي متانول در حال بررسي مي باشد.
MTO به دليل تبديل گاز طبيعي به الفين ها مي تواند به عنوان نوع ديگري از فرآيند GTL در نظر آيد. اين فرآيند در حال رقابت با روش هاي معغمولي تهيه اتيلن نيز بوده و بنابر مطالعات انجام يافته در شركت UOP اين فرآيند مي تواند رقابت موثري با روش كراكينگ نفتا داشته باشد. بنابر اين مي توان اظهار كرد كه MTO يكي از روش هاي مختلف در تبديل گاز طبيعي به مايع بوده كه در تلاش براي دستيابي به موقعيت مناسب مي باشد و با توجه به وضعيت فعلي بازار به نظر مي رسد كه زمان استفاده از MTO فرا رسيده است.
به طور كلي قيمت گاز در سطح جهاني بسيار متفاوت بوده و معمولا بين ۴-۰.۵ به ازاي هر ميليون BTU متغير است. چنانچه گاز طبيعي به آمونياك يا متانول تبديل شود ارزش افزوده اي معادل ۶-۴ دلار به ازاي هر ميليون BTU خواهد داشت. در هنگام استخراج نفت خام، مقادير كمي گاز طبيعي نيز حاصل مي شود كه يا در محل سوزانده و يا در محيط رها مي شوند كه به دليل قوانين دشوار محيط زيستي و ماليات هاي حاكم بر آن توليدكنندگان همواره درصدد يافتن راهي براي حل اين مشكل بوده اند. در شرايط موجود منطقي ترين روش، تبديل اين گازها به متانول مي باشد كه از شرايط جابه جايي و حمل ونقل راحت تري برخوردار است.
در سال هاي اخير نيز با توجه به تنوع بازار مصرفي متانول(پيل هاي سوختي، تصفيه آب و …) توليدكنندگان در جستجوي بازارهاي جديدتر بوده و در نهايت اقدام به تبديل متانول به پلي الفين ها كرده اند.
فرآيند M TO مطالعات اوليه فرآيند M TO با تحقيقات به عمل آمده برروي كاتاليست ها توسط شركت يونيون كاربايد صورت گرفت و از سال ۱۹۸۸ با واگذاري اين بخش به u op و امضاي قرارداد مشاركت همكاري با شركت Norsk Hydro به كار خود ادامه داده است. مشخصه اصلي واحد MTO ،خوراك آن يعني متانول خام مي باشد و به دليل اينكه نيازي به تقطير اوليه نيست در صورت احداث واحد M TO در كنار واحد متانول، هزينه هاي سرمايه اي كاهش مي يابد. در شكل زير شماي كلي واحد ديده مي شود كه قلب فرآيند شامل راكتور و بخش احياي كاتاليست مي باشد.
نمودار متانول خام پس از ورود به راكتور به مخلوطي از اتيلن و پروپيلن تبديل شده و محصول حاصل از بالاي راكتور خارج مي شود. كاتاليست مصرف شده نيز از پايين راكتور به محفظه احياء هدايت مي شود.
محصول بالاي راكتور يعني مخلوط اتيلن و پروپيلن در بخش بازيابي حرارت، عمده آب خود را از دست مي دهد. اين عمل پيش از آنكه از درون دي اكسيد كربن عبور كند، صورت مي پذيرد. در ستون هاي تقطير، مخلوط فوق به صورت اتيلن، پروپيلن، متان، اتان، پروپان و برش C 4 تجزيه مي گردد. شركت Norsk Hydro براساس طرح فوق يك واحد با ظرفيت سالانه 250 هزار تن و با راندمان۸ /۹۹ درصد در كشور نروژ احداث نموده است. راه هاي استفاده از اين فرآيند در حال حاضر سه امكان استفاده از فرآيند M TO وجود دارد: 1) واحد MTO و واحد متانول در يك سايت دراين حالت مجتمعي شامل: واحدهاي متانول ،M TO ، پلي الفين و يا واحدهاي پايين دستي اولفين ها شامل آكريلو نيتريل، اتيلن اكسايد و اتيلن گليكول در نظر گرفته مي شود.
2)واحد MTO به تنهايي در اين حالت يك واحد بزرگ متانول با خوراك گاز طبيعي احداث شده و متانول توليدي با شرايط آسان تري نسبت به حمل گاز طبيعي جابه جا مي گردد و توسط تانكر به واحد M TO كه در مجاورت واحدهاي پايين دستي احداث گرديده است، حمل مي گردد.
2) افزودن واحد MTO به واحد كراكر نفتا/LPG آغاز كار با استفاده از يكي از دو روش فوق (1 يا 2) مي باشد، با اين تفاوت كه بخش جداسازي واحد MTO به واحد كراكر ادغام مي گردد، كه نتيجه آن صرفه جويي در هزينه هاي بالا سري مي باشد. مزاياي اقتصادي به گفته تحليلگران شركت UOP ، هزينه احداث واحدهاي MTO و پلي اولفين بسيار قابل توجه بوده (شايد ۹۰۰ميليون دلار براي واحدهاي جديد التاسيس و 600 ميليون دلار براي واحدهاي نصب شده در مجاورت واحدهاي موجود) ، آيا به راستي ارزش افزوده محصول جبران هزينه ها را مي نمايد؟
در سال ۱۹۹۹ اين شركت مبادرت به ارائه نتايج يك بررسي مطالعاتي در زمينه بازگشت سرمايه براي واحدهاي تبديل گاز به متانول و تبديل گاز به پلي الفين نمود.
اين بررسي ها با فرض اينكه هر دو واحد متانول و پلي اولفين در خليج فارس و به صورت تازه تاسيس نصب و از خوراك گاز طبيعي به قيمت 75/0 دلار در هر ميليون B TU استفاده شود و ظرفيت مورد نظر نيز در مورد اين واحدها در مقياس جهاني (۳۵/۱ميليون تن در سال متانول و -۲۵۰-۲۰۰ هزار تن در سال پلي اتيلن و پلي پروپيلن) انجام گرفته است. يك واحد متانول نيز با ظرفيت ۴۰۰ هزار تن در سال جهت تامين خوراك واحد MTO در نظر گرفته شد. قيمت هاي در نظر گرفته شده براي محصولات نيز قيمت هاي اروپايي غربي طي سالهاي ۹۹-۱۹۸۵ در نظر گرفته شده و ميانگين يدست آمده HDPE LLDPE پلي پروپيلن متانول نام محصول ۸۷۹ ۱۰۱۳ 849 175 قيمت (دلار/تن) نتايج بدست آمده از بررسيهاي فوق حاكي از آنست كه بازگشت سرمايه عموما شبيه بهم بوده هر چند برگشت سرمايه براي متانول از وضعيت بهتري برخوردار بوده است.
بازگشت سرمايه:
متانول در مقايسه با MTO تبديل گاز به پلي اولفين ها تبديل گاز به متانول همچنين به علت مناسب MTBE طي سالهاي ۹۹-۱۹۹۴، متانول از بازگشت سرمايه مطلوبتري برخودار بوده و پلي اولفين ها بعدا به سطح فوق رسيده اند. ليكن روزهاي اوج متانول ديگر به پايان رسيده ولي در مورد پلي اولفين ها مشخص گرديده كه از رشد سالانه اي معادل 5 درصد تا سال ۲۰۰۷ در كشور آمريكا برخوردار مي باشند، در حالي كه متانول كماكان با مازاد ظرفيت مواجه بوده و اين وضعيت طي دهه آينده نيز ادامه خواهد داشت. اين امر بيانگر اهميت تبديل متانول به الفين ها از طريق فرآيند MTO مي باشد.
دست آوردهاي تجاري تاكنون در هيچ نقطه اي از جهان احداث واحد MTO به صورت Full Scale در نظر گرفته نشده است. ليكن چندين طرح در حال بررسي فني –اقتصادي مي باشد.در كشورهاي مصر و چين طرح هاي احداث اين واحد در مجاورت مجتمع هاي بزرگ پتروشيميايي و گازي و در كشورهاي ترينيداد و استراليا نيز طرح احداث اين واحد در مجاورت واحدهاي متانول در حال بررسي مي باشد.
MTO به دليل تبديل گاز طبيعي به الفين ها مي تواند به عنوان نوع ديگري از فرآيند GTL در نظر آيد. اين فرآيند در حال رقابت با روش هاي معغمولي تهيه اتيلن نيز بوده و بنابر مطالعات انجام يافته در شركت UOP اين فرآيند مي تواند رقابت موثري با روش كراكينگ نفتا داشته باشد. بنابر اين مي توان اظهار كرد كه MTO يكي از روش هاي مختلف در تبديل گاز طبيعي به مايع بوده كه در تلاش براي دستيابي به موقعيت مناسب مي باشد و با توجه به وضعيت فعلي بازار به نظر مي رسد كه زمان استفاده از MTO فرا رسيده است.