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Las tecnologías de Gas a Líquido (GTL) tienen varias etapas de desarrollo largo y relativamente exitoso, así como una infraestructura bastante desarrollada para su aplicación. Por un lado, la ya larga historia de funcionamiento de grandes plantas de GTL en Qatar, Sudáfrica, Malasia y Nigeria demuestra el atractivo de esta tecnología, pero, por otro, los elevados costes de capital y la problemática dependencia de las condiciones cambiantes de la libre circulación mercado obstaculizan su desarrollo a gran escala.
Inicialmente, la tecnología para convertir un tipo de combustible fósil en otro se desarrolló en Alemania hace casi cien años y permitía obtener combustible líquido a partir del carbón (Coal to liquid – CTL). La tecnología lleva el nombre de sus autores: proceso Fischer-Tropsch. Se basa en un proceso de dos etapas: la producción de gas de síntesis, es decir, hidrógeno y monóxido de carbono, y su posterior conversión en diversos hidrocarburos de moléculas de cadena larga. En los años cincuenta del siglo pasado, estos resultados fueron adaptados y complementados en Sudáfrica, donde las tecnologías CTL y, un poco más tarde, GTL alcanzaron una escala industrial real. En ambos casos la verdadera razón para desarrollar este proceso fue la escasez de combustible líquido y la falta de disponibilidad de recursos petroleros. Entre otras razones para la implementación de GTL y CTL en varios países se encontraba la gran prevalencia de un tipo de materia prima sobre otros, la falta de voluntad para depender de costosas importaciones de ciertos tipos de combustibles fósiles y los intentos de ocupar los principales nichos de mercado de productos de hidrocarburos. Anteriormente, los beneficios ambientales de los combustibles sintéticos también se mencionaban a menudo; sin embargo, dado que la síntesis de Fischer-Tropsch implica un proceso de alta temperatura con una huella de carbono notable de la materia prima utilizada y va acompañada de emisiones de dióxido de carbono, este indicador se ha mencionado mucho menos recientemente. . Entre los proyectos GTL a gran escala implementados en los últimos años, cabe mencionar las plantas de Turkmenistán y Uzbekistán. Sin embargo, al mismo tiempo, se interrumpieron varios proyectos. Según el International Energy Outlook 2017 de la Administración de Información Energética de EE. UU. , en las próximas dos décadas no se debe esperar la introducción de nuevos proyectos GTL a gran escala en el mundo, excepto su posible construcción en Sudáfrica, que todavía es solo una intención. . Por tanto, las perspectivas de desarrollo de GTL a gran escala no parecen convincentes.
 


Sin embargo, en la última década, los desarrolladores de pequeñas, mini y micro-GTL, en adelante simplemente GTL de pequeña escala, han propuesto nuevos horizontes para el desarrollo de tecnologías GTL. A diferencia de los GTL tradicionales a gran escala, que operan con volúmenes superiores a 100 MMscfd, las capacidades de los GTL de pequeña escala oscilan entre 0,1 y 10 MMscfd. Las nuevas tecnologías tienen una serie de beneficios importantes. En particular, menores requisitos de reservas de gas natural, menores costos de capital y menor tiempo de construcción. Teniendo en cuenta que las plantas GTL de pequeña escala pueden ser modulares y utilizar gas de petróleo asociado como materia prima, las perspectivas de ampliación parecían ilimitadas. Además, el uso de estructuras de microcanales en plantas GTL de pequeña escala puede intensificar sustancialmente los procesos químicos de Fischer-Tropsch al aumentar la eficiencia de la transferencia de calor y la actividad del catalizador.

Simplified GTL microchannel technology
 


1. Gas treatment; 2. Desulfurization; 3. SMR microchannel reactor; 4. Compressor station; 5. Boiler & Cooling Water Unit; 6. Hydrogen membranes; 7. F-T microchannel reactor; 8. Product separation unit; 9. Stock of liquid hydrocarbons; S – Syngas(H2+CO); L – Liquid hydrocarbons; V – Vapor; W – Water cooling; M – Methane+Steam; H – Hydrogen; A – Air; E - Exhaust

La idea principal de la implementación de plantas GTL a pequeña escala era aprovechar las posibilidades de utilizar gas asociado en campos petroleros remotos, desprovistos de la infraestructura tradicional de transporte de gas. En este caso, las plantas GTL a pequeña escala permiten obtener aceite sintético o incluso productos valiosos, incluido el combustible diesel, que podrían usarse in situ para las necesidades del proceso, bombearse a oleoductos (en el caso del aceite sintético) o enviarse al consumidor, por ejemplo, por carretera. Dado que el mundo quema anualmente varios miles de millones de metros cúbicos de gas de petróleo asociado ( 144 mil millones de m ³ en 2021 ) en casi todos los países productores de petróleo, no hay preocupación por la base de recursos para las plantas GTL de pequeña escala. Además, el gas de vertedero, el metano de yacimientos de carbón, diversas mezclas de gases de refinería y el gas de síntesis derivado de biomasa (BTL) se pueden utilizar como materia prima para estas tecnologías. Una lista detallada de los equipos propuestos, los parámetros tecnológicos de los procesos, los requisitos de materia prima, así como una descripción de los proyectos comerciales y de demostración se presentan bien en la Descripción general de la tecnología - Utilización de gas asociado a pequeña escala, preparado por la Global Gas Flaring Reduction Partnership.
Entre los principales participantes en este ámbito cabe mencionar: CompactGTL , Calvert Energy Group , Velocys , Emerging Fuels Technology,   GasTechno Energy & Fuels , Greyrock , MET Gas Processing Technologies SpA , Primus Green Energy , INFRA Technology Group , BgtL , y Montañas Rocosas GTL Inc.

Sin embargo, hoy podemos afirmar que esta dirección tampoco se desarrolló adecuadamente. A pesar del gran interés en el GTL a pequeña escala, actualmente sólo existen unos pocos proyectos comercialmente exitosos en el mundo. Hay frecuentes retrasos en la ejecución de proyectos, fallos tecnológicos e incluso quiebras. Un claro reflejo de esto puede ser una caída múltiple en el valor de las acciones de uno de los principales desarrolladores de tecnologías GTL a pequeña escala, Velocys, después de alcanzar su punto máximo en 2014. Como resultado, las tecnologías GTL a pequeña escala no han tenido un impacto significativo en la reducción del volumen de quema de gas asociado o su reinyección en los yacimientos de petróleo en la última década.



PetroSA, GTL Refinery, Mossel Bay, South Africa. Credit Creamer Media

Hay varias razones para esto, principalmente de naturaleza económica y tecnológica. En primer lugar, es obvio que los productos de las pequeñas plantas GTL resultaron simplemente no competitivos en precio y, por lo tanto, no tenían demanda en el mercado. Esto se debe al alto coste de producción, a la imperfección de la tecnología, a la falta de una larga experiencia en el manejo de los equipos, pero también a una mala suerte generalizada relacionada con circunstancias externas. Dado que el desempeño económico de los GTL de pequeña escala depende en última instancia en gran medida de la relación entre los precios de mercado del gas natural y el petróleo, es su exorbitante volatilidad en los últimos años la que se ha convertido en una de las principales razones de los fracasos de la comercialización. De hecho, la caída precipitada de los precios del petróleo en 2014-2016, los valores negativos de los contratos de futuros de petróleo en marzo de 2020, el aumento múltiple del coste del gas natural a partir del segundo semestre de 2021 no pudieron dejar de afectar negativamente al desarrollo de las pequeñas y medianas empresas. escala GTL. Esta situación se vio exacerbada aún más por el rápido desarrollo de las energías renovables, las restricciones de la COVID-19 y una disminución de la inversión en la producción de petróleo y gas. Tampoco ayudó la vinculación de la GTL a pequeña escala al problema del cambio climático, basándose en la posibilidad potencial de reducir el volumen de quema de gas asociado mediante esta tecnología.

Al considerar los problemas tecnológicos, también es necesario tener en cuenta que tecnologías relacionadas con una serie de diferencias significativas y ciertas ventajas aparecieron en el mercado casi simultáneamente con el GTL a pequeña escala. Se trata principalmente de tecnologías de pequeña escala de gas natural licuado (GNL de pequeña escala), tecnologías de pequeña escala de gas natural comprimido (GNC de pequeña escala) y tecnologías de generación de energía. Como en el caso del GTL de pequeña escala, estos proveedores ofrecen una amplia variedad de instalaciones comerciales, incluidas las de diseño modular. Puede encontrar una descripción detallada de los fabricantes de este equipo en la descripción general de la tecnología GGFR mencionada anteriormente: utilización de gas asociado a pequeña escala. La mayoría de las tecnologías de GNL y GNC a pequeña escala tienen como objetivo la producción de productos listos para usar y su venta directa. Naturalmente, para ello, la cadena tecnológica incluye las operaciones de preprocesamiento del gas asociado, o incluso la eliminación de hidrocarburos y otros gases no deseados. Actualmente, la gran ventaja de las tecnologías de GNL y GNC a pequeña escala en comparación con el GTL a pequeña escala es que no implican la fase más vulnerable, compleja y costosa de convertir el gas en hidrocarburos líquidos. Además, los productos iniciales y finales aquí son diversas formas de metano, lo que significa la ausencia de dependencia en la relación de precios entre el petróleo y sus productos y el gas natural. En otras palabras, en este caso se produce una situación de mercado más predecible. Cuando los yacimientos petrolíferos se encuentran a una distancia razonable de las plantas de procesamiento de gas, el suministro de gas asociado licuado o comprimido puede realizarse directamente a ellos. Al mismo tiempo, se pueden reducir los requisitos para un costoso preprocesamiento del gas de alimentación.

Muchos campos remotos no cuentan con un suministro eléctrico centralizado, por lo que cuando hay exceso de gas asociado, Power Generation Technologies puede ser de gran ayuda para solucionar este problema. Una amplia experiencia en la operación de instalaciones para generar electricidad a partir de varios tipos de gases que contienen metano, así como un panorama económico claro y fácilmente predecible, son importantes ventajas competitivas de esta tecnología.

Sin embargo, por ejemplo, en estas tecnologías no existe la opción de utilizar los oleoductos existentes en los campos, donde se puede suministrar petróleo sintético obtenido mediante procesos GTL a pequeña escala. Por lo tanto, es obvio que las opciones anteriores para la utilización beneficiosa del gas de petróleo asociado por sí solas no pueden satisfacer a todos los consumidores con una amplia variedad de condiciones operativas de campo. Por lo tanto, siempre existen oportunidades notables para que las plantas GTL de pequeña escala tengan demanda y, en condiciones de mercado favorables, incluso pueden volver a prevalecer.



Qatar, gas field

Por supuesto, el crecimiento del número de proyectos exitosos que involucran la aplicación industrial de plantas GTL a pequeña escala puede favorecer esto en primer lugar. Quizás ese momento haya llegado. Así, este año ha surgido cierto entusiasmo en torno al Calvert Energy Group, que es el desarrollador de "El reformador de plasma convierte el gas de alimentación en gas de síntesis" y el "Mini-GTL que produce diésel sintético utilizando gas asociado, gas de vertedero, metano de carbón y gas de combustión de refinería". . La Asociación Mundial para la Reducción de la Quema de Gas (GGFR) ha identificado esta tecnología como la más prometedora para la utilización del gas quemado. En mayo de este año, la innovadora empresa estadounidense ENG adquirió Calvert Energy Group junto con licencias para tecnologías GTL a pequeña escala, y ya en julio, OiLSERV , con sede en Dubai, adquirió los derechos de esta tecnología y va a encontrar una aplicación para en las regiones de Oriente Medio y el Norte de África en términos de utilización del gas de petróleo asociado. El sitio web de ENG dice: “…Nuestro proceso GTL combina dos procesos OxEon. El primero es el reformador del sistema de plasma de arco deslizante no térmico OxEon Energy. El segundo proceso OxEon mejora el reactor tradicional Fischer-Tropsch mediante el uso de tubos de reactor de 4" con una extrusión de tubo de reactor patentada". Destacan en particular el bajo consumo de energía de esta tecnología, sólo "...4kW por 100 barriles".

El desarrollo de tecnologías paralelas puede también dar un impulso adicional a los GTL a pequeña escala: por ejemplo, hay que prestar atención a la tendencia constante que demuestra el interés por el hidrógeno como parte del sector energético, junto con las nuevas tecnologías para el transporte de hidrógeno en forma de transportadores de hidrógeno orgánico líquido ( LOHC). La esencia de esta tecnología es la introducción de moléculas de hidrógeno en materia orgánica con transformación química en una nueva materia orgánica, donde el hidrógeno estará en un estado ligado (hidrogenación). El tolueno se considera más a menudo como el portador inicial, que, Después de la interacción con el hidrógeno, se convierte en metilciclohexano (C ₇ H ₁₄ ), que puede almacenarse y transportarse de forma segura utilizando infraestructura tradicional. Los líderes y principales titulares de patentes de esta tecnología son Chiyoda Corporation e Hydrogenious LOHC Technologies GmbH.. En particular, Chiyoda Corporation realizó con éxito pruebas de demostración para entregar hidrógeno de Brunei a Japón por mar. En Brunei se producía hidrógeno a partir de gas natural mediante reformado con vapor. Después de la operación de hidrogenación, el metilciclohexano se cargó en un camión cisterna y se envió a Japón. En el punto de recepción, el hidrógeno se extraía del metilciclohexano mediante la operación de deshidrogenación y se enviaba al consumidor. El tolueno resultante se devolvió a Brunei para un ciclo posterior de suministro de hidrógeno. Hydrogenious LOHC Technologies GmbH ha desarrollado un sistema de almacenamiento de hidrógeno a gran escala (Storage PLANT), con una capacidad de 5 toneladas de hidrógeno por día, conectado directamente a reformadores de vapor. Además, se ofrecen sistemas en contenedores para volúmenes pequeños. La empresa tiene previstos importantes proyectos para el transporte y almacenamiento de hidrógeno en Europa. Es evidente que el uso de la primera fase del proceso Fischer-Tropsch con la producción de gas de síntesis rico en hidrógeno y su posterior separación permitirá producir hidrógeno directamente en los yacimientos petrolíferos. Y en el marco de las tecnologías LOHC antes mencionadas, se puede utilizar en la hidrogenación y entregarse, por ejemplo, a refinerías de petróleo. Seguramente es necesario un estudio tecnológico y económico exhaustivo de esta opción. Sin embargo, esta o una combinación similar de tecnologías heterogéneas puede cambiar significativamente la dirección del desarrollo de GTL a pequeña escala.

En los próximos artículos, continuaremos discutiendo tecnologías GTL a pequeña escala y revisaremos algunas de las tendencias actuales basadas en patentes recientes, además de proporcionar datos estadísticos detallados sobre la actividad de patentes.

Por el consejo editorial