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”