Förvandla gasflaskor till bränsle

Naturgas kan vara det renaste fossila bränslet, men det kan vara ett onödigt skadedjur när det produceras som avfall från avlägsna oljekällor till havs. Det brasilianska statliga oljebolaget Petrobras driver en kapplöpning mellan två utvecklare av modulära kemiska reaktorer som kan förvandla denna associerade gas till syntetisk råolja.

Gasslukare: Compact GTL har använt denna pilotanläggning i Wilton, Storbritannien för att förvandla naturgas till en syntetisk form av råolja sedan sommaren 2008.

U.K.-baserad Kompakt GTL kommer idag att avslöja ett kommersiellt partnerskap med Sumitomo Precision Products, ett japanskt industriföretag med vilket Compact GTL bygger en gas-to-liquid (GTL) pilotanläggning som ska levereras till Petrobras till sommaren. Knäpper i hälarna på Compact GTL, under tiden, är Columbus-baserad mikroreaktorutvecklare Velocys , som tillkännagav planer förra månaden att bygga en pilotanläggning för Petrobras med hjälp av dess potentiellt mer kompakta design.

Framgång för båda företagen kan minska utsläppen av växthusgaser som genereras när avlägsen naturgas helt enkelt bränns av vid oljekällor (detta står för 0,5 % av alla koldioxidutsläpp från fossila bränslen, enligt en uppskattning från 2005 av Oak Ridge National Laboratory). Idag eldar vi tillräckligt med naturgas för att driva Tyskland, säger Jeff McDaniel, affärsutvecklingschef för Velocys.

Petrobras har ett särskilt stort behov av en lösning på denna bortkastade naturgas. Det utvecklar nu sitt Tupi-fält, 300 kilometer offshore, som kommer att bli världens största djupvattenoljefält, enligt energi- och gruvkonsultföretag Wood Mackenzie . En av deras stora utmaningar kommer att vara hur man hanterar den associerade gasen, säger Ruaraidh Montgomery, en Houston-baserad Wood Mackenzie-analytiker för Latinamerika.

Både Compact GTL och Velocys använder samma katalytiska reaktioner som finns i massiva GTL-anläggningar: naturgas blandas först med ånga för att producera kolmonoxid och väte; den resulterande syngasen omvandlas sedan till en vaxartad form av syntetisk råolja.

Detta är dock kommersiellt gångbart endast i stor skala, som anläggningen med 140 000 fat per dag som Shell bygger i Qatar, som kommer att använda två dussin reaktorfartyg på 1 200 ton. Velocys och Compact GTL måste pressa in samma kemi i ett paket som får plats på en offshore-plattform eller på däcket av de flytande produktions-, lagrings- och avlastningsfartygen (FPSO) som alltmer används för att utforska och serva oljefält till havs.

Det som gör detta möjligt är att utföra de kemiska reaktionerna i mikrokanaler mellan en och fem millimeter breda och vid högre temperaturer och tryck. Snabb värmeöverföring möjliggör en mer exakt kontroll av temperaturen och detta minskar risken för skenande reaktioner som kan skada katalysatorerna eller i värsta fall förstöra anläggningen.

Resultatet, enligt Velocys, är en ungefär 200-faldig acceleration av ångreformeringen av metan till syngas. Kontakttiden [för reaktanter] i en konventionell ångreformator är cirka en sekund. I mikrokanaler är det runt fem millisekunder, säger McDaniel. Det syntetiska råa mikrokanalsteget är cirka 10 till 15 gånger snabbare. Sammantaget borde det minska volymen av utrustning som behövs för en integrerad GTL-anläggning ungefär tio gånger.

Velocys pilotanläggning bör generera fem till 10 fat syntetisk råolja. Den kommer att använda en modulär design, som sammanfogar tusentals mikrokanaler i reaktorkuber som är ungefär två fot per sida. Katalysatorerna är designade av Velocys moderbolag, Storbritannien-baserade Oxford Catalysts. Pilotanläggningen kommer att byggas i Japan av Velocys partners Kobe Steel och Tokyo-baserade offshoreutrustningsbyggaren Modec, och levereras till Petrobras nästa år för testning.

Compact GTL tar ett liknande modulärt tillvägagångssätt, med reaktorkuber som innehåller större kanaler – cirka fem till 10 millimeter tvärs över – som den tror kommer att leda till enklare tillverkning och högre tillförlitlighet. Vi har varit konservativa i vår grad av processintensivering, säger Iain Baxter, General Manager för Compact GTL. Oljeindustrin är inte en att bråka med när det kommer till tillförlitlighet och driftbarhet.

De har också ett stort hopp på Velocys. Petrobras betalade 45 miljoner dollar för Compact GTLs pilotanläggning med 20 fat per dag, som förväntas vara i drift på en Petrobras-anläggning på land i Brasilien i augusti. Och Petrobras finansierar redan konstruktionen av en kompakt GTL-anläggning med 2 000 fat per dag för inkludering på ett planerat FPSO-fartyg, Guanambi 1 .

Montgomery säger att Petrobras undersöker andra alternativ för den associerade gasen från Tupifältet, inklusive att köra en 300 kilometer lång pipeline ut till fältet, bygga FPSO:er som kan göra gasen flytande och återinjicera naturgasen i oljereservoarerna.

Oljan vid Tupi sitter under två kilometer vatten och ytterligare fem kilometer sten och salt, vilket gör det svårt att få en korrekt bild av reservoarerna. Så istället för att provborra brunnar under en till tre månader, planerar Petrobras att bygga en flotta av FPSO:er som kan driva testbrunnar i sex till 18 månader – tillräckligt långa för att generera mycket gas men inte tillräckligt långa för att motivera att bygga en pipeline eller borra kostsamma reinjektionsbrunnar.

Modulära GTL-anläggningar, säger Baxter, kan vara nyckeln till att hålla oljefältets utvecklingsplaner i tid. GTL, bland de andra alternativen, erbjuder utan tvekan den enklaste gaslösningen för utökade brunnstestfartyg.

När de väl lanserats satsade både Compact GTL och Velocys på att modulära GTL-anläggningar kommer att hitta massor av möjligheter både offshore och på land. Baxter säger att det är budskapet de ser i det faktum att Velocys partners, Modec och Kobe Steel, spenderar sina egna pengar för att bygga en pilotreaktor för Petrobras: Det sänder en signal om att detta kommer att bli ett stort marknadsutrymme och det finns verklig aggressiv konkurrens om det. Andra människor lägger allvarliga riskpengar på bordet för att försöka komma in i detta.

Dölj