تبدیل گاز به سوخت مایع یا Gas To Liquids، در واقع یک فرایند سه مرحلهای است که مرحلة نخست آن، تبدیل گاز طبیعی متان به “گاز سنتز”، بوسیلة افزودن مقدار معتنابهی اکسیژن است. در مرحلة دوم، گاز سنتز به درون یک راکتور فیشر-تروپس، تزریق میشود و در مجاورت کاتالیست مناسبی که نوع آن بستگی به تکنولوژی مورد استفاده دارد، به هیدروکربنهای مایع تبدیل میشود. در مرحلة سوم هیدروکربنهای حاصله از طریق هیدروکراکینگ و هیدروایزومرینگ به سوخت مایع تبدیل میشوند. در راکتورFT، کاتالیستی به مصرف میرسد که ترکیبی از کبالت، آلومینیوم، سیلیس، منیزیم، زیرکونیم یا تیتانیوم و اندکی نیکل است. ترکیب دقیق این عناصر در همه فرایندها یکسان نبوده و هر شرکتی از ترکیب خاص خود استفاده میکند که این ترکیبات محرمانه هستند.
هزینة سرمایهگذاری لازم برای یک کارخانةGTL عبارت است از فرایند تبدیل گاز طبیعی به گاز سنتز که 60% هزینه صرف آن میشود، مرحلة تبدیل گاز سنتز به هیدروکربنهای مایع در راکتور ، 30% هزینه و مرحلة سوم هیدروکراگینگ و تبدیل محصول به سوخت مایع10% هزینه را شامل میشود.
کارخانةSMDS شرکت شل در کشور مالزی یک مرحلة دیگر نیز به این مراحل اضافه کرده است که به ادعای شرکت شل با احتساب هزینة آن، هزینة سرمایهگذاری برای ایجاد ظرفیت معادل هر بشکه در روز، 25 الی30 هزار دلار افزایش مییابد. این مرحله شامل تولید برخی محصولات ویژه نظیر پارافین با غلظت بالا است که به قیمتی بالا در بازارهای محدود به فروش میرسد. سابقاً میزان تولید این گونه محصولات ویژه در کارخانههای SMDS، تنها شرط سودآوری این کارخانهها بوده است.
در کارخانههای GTL دنیا، 80% محصول را انواع سوختهای مایع نظیر گازوئیل و نفت سفید و مابقی را نفت تشکیل میدهد که مادة ارزشمندی برای صنایع پتروشیمی است.
عوامل موثر بر سودآوری پروژههای GTL
علاوه بر هزینههای سرمایهگذاری اولیه، عوامل دیگری نیز هستند که مقرون به صرفهبودن پروژههای GTL را تعیین میکنند. مدیر کارخانه فرآوردههای میان تقطیر از شرکت SMDS، مهمترین این عوامل را قیمت گاز در بازار، وضعیت بودجه دولتی در مکان فعالیت کارخانه، هزینههای عملیاتی جاری و سرانجام قیمت سوختهای سنتزی و گازوئیل و نفت مرغوب تولید شده در این کارخانجات میداند. عواملی نظیر کیفیت گاز مصرفی و زمان کارکرد نیز بر سودآوری پروژه موثرند. در ذیل به شرح بیشتری از عوامل فوق میپردازیم:
1- قیمت گاز طبیعی
چنانچه قیمت گاز مصرفی برای تولید سوخت مایع معادل50 سنت در هر میلیون بی.تی.یو باشد، سهم آن در هزینة تمام شدة هر بشکه سوخت مایع، به 5 دلار میرسد. این یک حساب تقریبی برای پروژههای منطقة خاورمیانه است. البته به نظر میرسد که بیشتر پروژههایی که در آینده احداث میشوند، در مکانهایی قرار خواهند گرفت که به گاز طبیعی با قیمت کمتر دسترسی خواهند داشت. یکی از اینگونه مکانها حوزة گاز شمال قطر است. البته در اغلب موارد، گاز همراه، معمولاً مادة اولیة ارزانتر برای صنایع GTL است زیرا تولید آن اجتناب ناپذیر بوده و در صورتیکه فروخته نشود، تولید کننده برای پرهیز از پرداخت جریمههای زیستمحیطی بابت سوزاندن آن، باید هزینهای حدود 30 سنت در هر میلیون بی.تی.یو را صرف تزریق دوباره آن به چاه کند.
2- بودجه و رژیم مالی دولتهای مالک گاز
قوانین مالیاتی در محل استقرار یک پروژة GTL، میتواند نقش تعیینکنندهای در سودآوری آن داشته باشد. در قراردادهای اعطای امتیاز اکتشاف و تولید و یا قراردادهای مشارکت در تولید که در گذشته منعقد میگردیده، غالباً در خصوص امکان بهرهبرداری تجارتی از گازهای همراه، یا منابع مستقل گاز از حوزههای نفتی- گازی، پیشبینی لازم صورت میگرفت. ضمناً مقرر میگردید که شرکت نفتی طرف قرارداد، هیچگونه حقی در زمینة اکتشاف گاز در کشورهای میزبان نداشته باشد و این حق منحصراً از آن دولت محلی و یا شرکت نفتی مربوطه باشد. بنابراین ارزش یک پروژةGTL به این امر بستگی دارد که امکان بهرهبرداری تجارتی گاز در قراردادهای نفتی یا گازی بین شرکتهای نفتی خارجی و دولت میزبان پیشبینی شده باشد.
3- هزینههای عملیات جاری
شرکت استاتاویل و شرکت ساسول هزینة عملیات جاری در یک پروژة GTL را ارائه دادهاند (جداول 1 و 2). یکی از مزایای فرایند GTL، تولید گازوئیل با کیفیت نسبتا بالا است. لیکن برای استفاده از آن در خودروهای دیزلی باید تغییراتی در موتور خودرو داده شود. بنابراین برای اینکه این گازوئیل در بازار به فروش برسد، بهترین راه در کوتاه مدت این است که آن را با گازوئیل حاصله از نفت خام مخلوط کرده و از این طریق با بهبودی که در نوع سوخت حاصل میشود، میتوان سوخت مزبور را به قیمتی بالاتر( تا 20% گرانتر در ایالات متحده آمریکا) به فروش رساند.
مدیر بازاریابی سوختهای سنتزی شرکت ساسول در این باره معتقد است که گازوئیل ترکیبی فوق الذکر را میتوان چند دلار در هر بشکه، گرانتر به فروش رساند ( این چند دلار در شرایط مناسب میتواند به 5 دلار هم برسد!).
4- کیفیت گاز
گاز طبیعی ایدهال برای مصرف در یک کارخانة GTL ترجیحاً باید شیرین و عاری از مواد اضافه باشد. در صورتی که گاز حاوی گوگرد باشد، باید تمام گوگرد آن را قبل از استفاده جدا ساخت، البته وجود کربن را در گاز میتوان تا حدودی تحمل کرد. کارشناسان شرکت شل معتقدند که میزان CO2 موجود در گاز نباید بیشتر از 5 درصد باشد، همچنین نیتروژن نیز باید در صورت لزوم از گاز جدا شود که این امر بستگی به تکنولوژی به کار رفته در فرایند تولید گاز سنتز دارد. در اغلب فرایندها نیتروژن نقش چندانی ندارد اما در برخی از فرایندها مانند فرایندی که در شرکت سینترولیوم به کار میرود به جای بخار آب و اکسیژن هوا، از مخلوط اکسیژن و نیتروژن استفاده میشود. مقرون بهصرفه بودن این امر به کیفیت گاز مصرفی بستگی دارد.
5- مدت زمان کارکرد سیستم
این امر در واقع به معنی ضریب بهرهبرداری از ظرفیت موجود است. شرکتهایی که در حال حاضر از تجربه عملی نسبتاً طولانی در زمینة تکنولوژی GTL برخوردار هستند، این عامل را در سودآوری بسیار موثر میدانند. با استانداردهای موجود، چنانچه یک مجتمع تولید سوخت مایع از گاز، با ظرفیت 90درصد به فعالیت خود ادامه دهد، میتوان عملکرد آن را از این نقطه نظر مقرون به صرفه دانست.
برخی پروژههای مطالعاتی در جهت کاهش هزینههایGTL
بدون شک توسعة تکنولوژی، نقش اساسی در کاهش هزینههای GTL دارد ولذا طرحهای مطالعاتی مختلفی در دنیا در این زمینه در حال انجام است. به برخی از آنها در زیر اشاره شده است:
1- اصلاح فرایندی
در ژوئن 1998، نتایج یک پروژة تحقیقاتی به رهبری شرکت ملی گاز بریتانیا (BG) که با حمایت مالی اتحادیة اروپا ظرف مدت دو سال و نیم به انجام رسیده بود، منتشر شد. در این تحقیق بر روی فرایند، اصلاحاتی انجام شد که در زمینة پالایش گاز طبیعی و کاهش هزینة عملیات در راکتورهای FT و فرایندهای تبدیل گاز به مایع سنتز شده، کاربرد دارد.
2- تکنولوژی استفاده از غشاء سرامیکی
این پروژه در ایالات متحدة امریکا با کمک مالی وزارت انرژی این کشور و با هزینهای بالغ بر 84 میلیون دلار و ظرف مدت 8سال سرانجام سال گذشته به نتیجه رسید. این پروژة تحقیقاتی که سرپرستی آن را شرکت Air Products بر عهده داشت، مطالعهای مفصل و دامنهدار پیرامون کاربرد تکنولوژی انتقال یونی غشاء سرامیکی انجام داده بود که هدف از آن، کاهش هزینة عملیات در مرحله تبدیل گاز طبیعی به گاز سنتز میباشد. تعداد زیادی از دانشگاههای آمریکایی و شرکتهای معروفی نظیر آرکو، شورون، نورسک هیدرو، مک درموت و غیره در این پروژه مشارکت داشتند.
این پروژه به موازات پروژة دیگری، تحت سرپرستی شرکت بیپی انجام شد که پیرامون همین موضوع به اجرا درآمده است. در پروژة تحقیقاتی مزبور تلاش شده است تا با آزمون مواد مختلف در فرایند تولید گاز سنتز، جنبههای مهندسی و حتی فرایند ارزیابی شود.
به طور کلی، تحقیقات در زمینه غشاهای سرامیکی بسیار پر هزینه و وقتگیر است و چندین سال طول میکشد تا از نظر تجاری قابل بهرهبرداری باشد. اما به نظر میرسد که رمز کاهش هزینه تولید سوختهای سنتزی در همین پژوهشها نهفته باشد. وزارت انرژی ایالات متحده که حمایت مالی مؤثری از این گونه پژوهشها به عمل آورده است، در صدد است تا نتیجه این پژوهشها، هزینة تبدیل گاز طبیعی به گاز سنتز(پر هزینه ترین بخش از فرایند GTL) را حدود 25% کاهش دهد. آنچه در این پژوهشها مدنظر است، پایین آوردن هزینة تامین اکسیژن خالص برای افزودن متان در فرایند تهیة گاز سنتز است.
شرکت Air Products مدعی است با ترکیب عملیات واحد سازی هوای کرایوژنیک و واحد تولید گاز پرحرارت گاز سنتز میتوان هزینة سرمایهگذاری اولیه برای پروژههای GTL را بین 25 تا 50 درصد کاهش داد.
3- تبدیل مستقیم
با پیشرفت تحقیقات در زمینه تکنولوژیهای مختلف که با GTL ارتباط دارند، در آینده امکان تبدیل مستقیم گاز متان به فراوردههای مایع، در یک مرحله فراهم خواهد شد. برخی از کارشناسان معتقدند با دستیابی به این تکنولوژی میتوان آن را جایگزین راکتورهای FT ساخته و هزینة تبدیل را تا 50 درصد کاهش داد. شرکت آمریکایی کاتالیستا، در حال حاضر در این زمینه پیشرو است و بخشی از هزینههای تحقیقات این شرکت را کمپانیهای میتسوبیشی و پتروکانادا بر عهده دارند و شرکت سینترولیوم به شرط برخورداری از حق انحصار فروش و بازاریابی این تکنولوژی، حاضر به ارائه کمک مالی به این تحقیقات شده است.
منبع: مجلة اقتصاد انرژی شمارة 5، با عنوان “GTL، راهکارها و محدودیتها”