Методы переработки газа: инновации и применение на практике
Мировой рост потребления продуктов нефтепереработки и газохимии стимулирует развитие этой отрасли. Выступая на Петербургском международном нефтегазовом форуме (ПМГФ) в прошлом году, председатель комитета Госдумы по энергетике, президент Российского газового общества Павел Завальный отметил, что потребление базовых полимеров растёт быстрее, чем мировой ВВП. При этом доля России в международной газонефтехимии оценивается в 2–2,5%. Сырьевая направленность отечественной экономики не новость, а в нынешних макроэкономических условиях самое время использовать потенциал страны для развития нефтегазохимической промышленности.
Профицит сырья и дефицит технологий
«Компании — производители газа должны так включиться в газохимию, чтобы темпы развития качественно выросли. Мы должны здесь преследовать прежде всего государственный экономический интерес. Поэтому, очевидно, необходимо развитие механизмов «бери и плати», чтобы можно было заключать долгосрочные контракты, брать на себя взаимные обязательства в части поставки газа и его потребления, реализовывать инвестиционные газохимические проекты там, где есть для этого необходимые ресурсы», — подчеркнул глава Российского газового общества.
По оценке заместителя начальника Центра инновационных газохимических технологий ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Андрея Михайлова, текущая ситуация в мире характеризуется динамическими изменениями, а развитие отрасли происходит в условиях крайней неопределённости. Её участникам приходится постоянно искать и внедрять новые продукты, материалы и технологии.
«В описанных условиях главными целями являются увеличение маржинальности и диверсификация рынка сбыта. А задачи достаточно просто сформулированы: максимальное извлечение ценных компонентов из углеводородного сырья, рациональное эффективное использование их и уникальной ресурсной базы, достижение технологического суверенитета и динамическая адаптация к изменяющейся конъюнктуре рынков», — перечислил векторы развития газохимии Андрей Михайлов.
По его мнению, запрос на отказ от экспорта первичной химической продукции и переход на внедрение опытных технологических решений формируют две основные тенденции: создание мегатоннажных производств в местах с длительной перспективой доступа к недорогим ресурсам и внедрение концепции гибких комплексов, объединяющих большое количество химико-технологических процессов, которые можно менять под запрос номенклатуры наукоёмкой и высоколиквидной продукции.
В условиях санкций отечественная химическая промышленность оказалась отрезана от рынка важнейших химических продуктов, а также, что не менее важно, от передовых технологий и катализаторов их производства. Об этом напомнил заместитель директора Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН Константин Дементьев. По его словам, организация параллельного импорта позволяет поддерживать российскую химическую промышленность в краткосрочной перспективе, однако ведёт к существенному удорожанию конечной продукции.
В числе критических крупно- и среднетоннажных продуктов, получаемых на основе газохимического сырья, а также его деривативов, Константин Дементьев назвал монохлоруксусную кислоту (сырьё для производства карбоксиметилцеллюлозы, гербицидов, ПАВ и др.), эпихлоргидрин (применяют при изготовлении эпоксидных смол), этил- и изопропилбензол (важные составляющие производства полистирола, фенола, ацетона и продуктов на их основе).
Спикер также подчеркнул, что по многим позициям технологии приемлемого уровня на сегодняшний день отсутствуют не только в России, но и в дружественных странах. Его поддержал заместитель директора по научной работе Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН Максим Казаков, отметивший, что зависимость от импорта в сегменте катализаторов газопереработки находится в диапазоне от 40 до 100 %. Это стимулирует развитие локализации производства необходимых компонентов внутри страны.
Однако Константин Дементьев выразил опасение, что избыточный фокус на импортозамещении может привести к замедлению и заморозке научно-технологического уровня отечественной индустрии. По его словам, для обеспечения конкуренции на мировом рынке необходима опережающая разработка технологий следующего поколения. И над некоторыми уже работают сотрудники ИНХС РАН. Среди них технология производства высокооктанового компонента бензина алкилированием изобутана бутиленами на твёрдых катализаторах, технология производства диизопропилбензолов для последующего окисления в дигидроксибензолы (пирокатехин, резорцин, гидрохинон), технология получения этилендиамина и полиэтиленполиаминов из этаноламинов.
Переработка «жирного» газа
В последнее время в нашей стране всё больше внимания уделяется переработке «жирного» газа — углеводородной смеси с повышенным содержанием широкой фракции лёгких углеводородов и газового конденсата. В мировой практике считается, что, если в составе природного газа содержание фракций С2+ («жирность») превышает 3%, такой газ экономически выгодно использовать для дальнейшей глубокой переработки и производства конечной полимерной продукции.
На XI Международном форуме технологического развития «Технопром-2024» заведующая Центром экономики недропользования нефти и газа ИНГГ СО РАН Ирина Филимонова рассказала, что масштаб сырьевой базы этансодержащего газа на территории Восточной Сибири и Дальнего Востока огромен. Начальные суммарные ресурсы свободного газа и газовых шапок составляют более 60 трлн кубов. Это хорошая основа для развития газовой отрасли и экономики данных регионов, подчеркнула Ирина Филимонова.
На сегодняшний день сформировано два крупных центра газодобычи — на базе Чаяндинского месторождения в Республике Саха (Якутия) и Ковыктинского месторождения в Иркутской области. Введены в эксплуатацию магистральные газопроводы «Сила Сибири-1» и «Сила Сибири-3», ведётся их соединение. Газоперерабатывающий завод работает в Амурской области, там же ведётся строительство газохимического комплекса. Продолжается расширение сырьевой базы проектов на шельфе Охотского моря, в том числе для обеспечения сырьём завода по производству сжиженного природного газа в рамках проекта «Сахалин-2».
По оценке Ирины Филимоновой, «жирный» газ Восточной Сибири и Дальнего Востока можно оценивать как надёжный потенциал развития нефтегазохимии в России до 2050 года. По приведённым ею данным, уровень добычи этансодержащего газа только на открытых месторождениях может составить 97,6 млрд кубометров к 2030 году и 104,1 млрд кубометров к 2050-му. Прогноз добычи этана, пропана и бутана в 2030 году — 10,6 млн т, в 2050-м — 11,8 млн т.
Крупный комплекс по переработке этансодержащего газа строит «Газпром» в районе Усть-Луги (Ленинградская область). Сырьё для предприятия будет поступать из ачимовских и валанжинских залежей месторождений Надым-Пур-Тазовского региона. Производимый заводом этан планируется поставлять на газохимический комплекс (проект АО «РусГазДобыча»), который будет выпускать свыше 3 млн тонн полимеров в год. По прогнозам компании, он сможет ежегодно перерабатывать 45 млрд кубометров газа, производить до 3,8 млн т этановой фракции и 0,2 млн т пентан-гексановой фракции, а также до 13 млн т сжиженного природного газа (СПГ) и 2,4 млн т сжиженного углеводородного газа (СУГ).
Производство сжиженного газа
С усилением санкционных ограничений развитие отрасли СПГ становится всё более актуальным. Об этом, в частности, заявил глава Минэнерго России Сергей Цивилёв. По его словам, к 2035 году Россия должна обеспечить производство более 100 млн тонн сжиженного природного газа. Ранее аналогичный показатель называл вице-премьер РФ Александр Новак, подчёркивая, что в текущих условиях производство СПГ становится ещё более значимым, поскольку позволяет снизить зависимость от транзитных стран.
В структуре «Газпрома» в этом направлении работают крупнотоннажный завод в рамках проекта «Сахалин-2», среднетоннажное производство в районе компрессорной станции «Портовая» (Ленинградская область) и восемь малотоннажных СПГ-комплексов. Два из них — в Амурской и Волгоградской областях — введены в эксплуатацию в 2023 году. Ещё ряд проектов находится в стадии реализации. В том числе комплексы в Тюменской области для заправки газомоторного транспорта и в Томской области для автономной газификации потребителей пяти населённых пунктов.
В ходе Петербургского международного газового форума — 2024 специалисты «Газпрома» представили новые модели отечественной специальной автомобильной и строительной техники на компримированном (сжатом) и сжиженном природном газе. При поддержке холдинга уже изготовлены образцы сельскохозяйственной техники — тракторов и комбайна, работающих на СПГ. Также в компании высоко оценивают перспективы применения сжиженного природного газа для обеспечения работы железнодорожного, водного транспорта и техники промышленного назначения.
Насколько перспективно делать ставку на транспортный сектор в развитии внутреннего потребления СПГ — вопрос спорный. Например, по данным президента Национальной ассоциации сжиженного природного газа (НАСПГ) Павла Сарафанникова, которые он озвучил на том же ПМГФ-2024, доля газомоторного топлива на общем топливном рынке не превышает 10%, несмотря на государственную поддержку. Так что намного выгоднее использовать сжиженный газ для когенерации с учётом тарифов для населения.
«Если мы будем такими темпами двигаться, то и до 2,5 млн тонн производства малотоннажного СПГ не дойдём, так как сбывать это топливо будет некому. Одно дело построить завод, друге дело — создать потребителя», — подчеркнул Павел Сарафанников.
Вопрос о расширении внутреннего потребления СПГ стоит на повестке дня неспроста: согласно планам правительства, в России к 2035 году должно быть построено примерно 100 малотоннажных заводов с суммарным объёмом производства порядка 2,5 млн тонн сжиженного газа. В то же время действующие сегодня 22 предприятия общей мощностью 238 тыс. т загружены в лучшем случае на 68%, заявил глава НАСПГ.
Ещё менее оптимистичные данные привёл директор департамента развития газовой отрасли Министерства энергетики РФ Артём Верхов. В ходе заседания Совета по вопросам газификации субъектов РФ при верхней палате парламента, которое состоялось в октябре 2024 года, он сообщил, что фактическое производство СПГ на работающих малотоннажных заводах в прошлом году составило 149,8 тыс. т, а их средняя загрузка равняется 56%.
На том же совещании заместитель председателя Комитета СФ по экономической политике Юрий Фёдоров подчеркнул, что именно малотоннажный выпуск СПГ является адекватным вариантом для газификации удалённых населённых пунктов, куда или невозможно, или экономически нецелесообразно проводить сетевой газ.
Альтернативой может стать открытие экспорта СПГ, пусть даже с ограничениями по объёмам производства в рамках одного завода или с введением требования по использованию только российского оборудования, предлагает глава Национальной ассоциации сжиженного природного газа.
«На сегодняшний день внутренний рынок не даёт нам возможности загрузить полностью свои производства. Мы уже выходили в правительство, в министерство с тем, чтобы провести либерализацию рынка малотоннажного СПГ. Это дало бы возможность выстроить свободную, простую, эффективную модель без потерь для государства», — заявил Павел Сарафанников.
В то же время специалисты компании «НОВАТЭК» разработали технологию по сжижению для крупнотоннажных заводов, получившую название «Арктический микс». Технология предусматривает использование смешанных хладагентов и предназначена для реализации проектов на базе оснований гравитационного типа с производительностью одной технологической линии более 6 млн т СПГ в год. В апреле 2023 года компания получила российский патент на технологию сжижения «Арктический каскад модифицированный». В компании сообщили, что её планируется применять на крупнотоннажных СПГ-проектах в условиях Арктического региона с производительностью одной технологической линии 3 млн т в год.
Получение гелия из природного газа
В своём докладе на ПМГФ-2024 Ирина Филимонова также рассказала, что, помимо получения СПГ, большую перспективу имеет добыча гелия. В 2023 году мировой объём его производства составил 170 млн кубометров, из которых 8 млн приходится на Россию. Рост спроса на этот газ, который является невозобновляемым ресурсом, обусловлен развитием высокотехнологичных отраслей: промышленной криогеники, космических исследований, медицинской сферы и т. д. Его запасы в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке оцениваются в 16 млрд кубометров, здесь открыто 35 гелийсодержащих газовых месторождений. По данным Центра экономики недропользования нефти и газа Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, большие запасы и ресурсы углеводородов в сочетании с территориальной удалённостью этих месторождений требуют существенных инвестиций для их освоения и вовлечения в эксплуатацию.
«Необходимо развивать отечественные технологии и оборудование для выделения, очистки и сжижения гелия, а также создавать системы его долгосрочного хранения. При этом уровень технологической готовности российских производителей в целом позволяет обеспечить проекты критическим и ключевым оборудованием», — отметила старший научный сотрудник центра Ирина Проворная.
Для извлечения чистого гелия из природного газа применяют криогенный, адсорбционный и мембранный методы газораспределения. В основу первого положено отличительное свойство гелия — самая низкая для известных веществ температура кипения, которая составляет -268,9°C. Процесс выделения проходит в несколько этапов: природный газ освобождают от влаги, выделяют из него полезные углеводородные продукты (метан, этан и прочие, которые в данном случае являются загрязнителями сырья), вырабатывают гелиевый концентрат с содержанием основного компонента 70-80%, очищают его от лишних составляющих и получают чистый гелий в жидком и газообразном виде.
Адсорбционный способ предполагает пропускание гелия через колонку с адсорбентом, который фильтрует примеси из газовой смеси. Альтернативой является мембранная технология, которая базируется на разной скорости проникновения молекул разделяемых продуктов через фильтр-мембрану. При этом движение происходит за счёт разницы давлений на сторонах разделительной плёнки. Преимущество данного метода обусловлено свойством гелия легко проникать через большое число мембранных материалов.
С учётом перспективности применения гелия в России открываются новые предприятия по его производству. Так, до 2021 года в стране работал только Оренбургский гелиевый завод, однако впоследствии на востоке были запущены Амурский газоперерабатывающий завод и гелиевый завод на Ярактинском месторождении (Иркутская область). Планируются к запуску гелиевый завод на Марковском месторождении (Иркутская область), производство гелия на Миннибаевском газоперерабатывающем заводе (Республика Татарстан) и установка извлечения гелия на Среднеботуобинском месторождении в Республике Саха (Якутия).
С учётом всех планируемых проектов объём производства гелия в России к 2030 году может составить 75 млн кубометров. Специалисты ИНГГ СО РАН предполагают, что гелий с месторождений Восточной Сибири и Дальнего Востока закроет до 45% мирового спроса.
