Андрей Пименов: определенные подвижки с внедрением технологий GTL уже имеются


29.05.2014

 Для долгосрочного развития России в качестве энергетической сверхдержавы необходимо решать вопросы повышения эффективности использования имеющихся у нашей страны природных ресурсов. Один из путей здесь заключается в том, чтобы задействовать тот потенциал, который кроется в развитии и практическом внедрении в нашей стране технологий в сфере GTL (Gas-To-Liquids) и CTL (Сoal-To-Liquids). Об этом Pro-gas поговорил с Генеральным директором ООО «Энергия Синтеза» Андреем Петровичем Пименовым.

 - Как Вы оцениваете перспективы технологий GTL в России?

- Технологии GTL используют для получения синтетических моторных топлив (дизельного топлива и керосина) из природного и попутного нефтяного газа. Основное достоинство этих процессов – высокая чистота получаемых продуктов. Производимые этим методом моторные топлива не содержат серы, азота и отвечают стандартам Евро-5, Евро-6, Евро-7. При применении нового, синтетического топлива не придется вносить изменения ни в устройство автомобиля и его двигатель, ни в существующую инфраструктуру хранения и доставки моторных топлив к потребителю.

В России процессы GTL привлекают внимание в основном как способ утилизации попутного нефтяного газа. Действующие в настоящее время тарифы на сжигание этого газа, очевидно, недостаточны, чтобы подвигнуть нефтяные компании на реализацию дорогостоящих процессов GTL. Крупные нефтяные компании предпочитают в основном делать энергоустановки с избыточным производством электроэнергии, которую зачастую некуда девать или оплачивать штрафы, а не перерабатывать свой попутный газ.

Тем не менее, определенные подвижки уже имеются. Угроза лишиться лицензии при отсутствии плана развития месторождения, включая утилизацию попутного нефтяного газа, заставляет нефтяные компании (особенно независимые) задумываться о возможном использовании технологий GTL.

Газодобывающие компании рассматривают процесс GTL в основном как способ утилизации природного газа труднодоступных и низконапорных газовых месторождений. В частности, Газпром уже более 10 лет имеет программу внедрения технологий GTL. Однако до сих пор никаких серьезных результатов не получено

Технология GTL до настоящего времени развивалась в основном в сторону создания крупных предприятий производительностью более 1 млн. тн. жидких продуктов в год. При этом создание таких предприятий имеет ряд недостатков: 

  • Для реализации крупного завода GTL необходимы огромные запасы газа. Только 200 из более 15000 газовых месторождений имеют объем газа, достаточный для многолетней работы такого предприятия. 
  • Непомерные капитальные затраты, исчисляющиеся миллиардами долларов, представляют собой барьер для тех, кто заинтересован в строительстве завода GTL. 
  • Управление технологическими рисками также представляет определенную сложность. Технология GTL объединяет несколько хорошо освоенных промышленностью процессов. К ним относятся первичная переработка газа, производство синтез-газа, нефтепереработка, электроэнергетика и очистка газовых выбросов и стоков. Однако создание комплексного предприятия требует одновременного задействования большого количества заводов и большого времени, а также высокой организации производства. Невозможность реализации столь крупных объемов товарной продукции внутри одного региона приводят к увеличению стоимости продукции для потребителя за счет логистических расходов. 

 В условиях высокой стоимости крупнотоннажных заводов GTL возникает вопрос разработки новых технологий для реализации экономичных предприятий средней и малой мощности. Сдерживающим фактором (прежде всего психологическим) для внедрения технологий GTL малой мощности является отсутствие на настоящий момент в мире промышленных предприятий и демонстрационных установок, пригодных для переработки относительно небольших объемов газа (до 100 млн. куб. м в год). Создание хотя бы одной такой установки и демонстрация возможностей технологии может дать серьезный толчок к ее последующему широкомасштабному внедрению. Эксплуатация опытной установки в значительной степени снижает технологические риски, которые довольно велики.

- Что Вы можете сказать про позицию государства по этому вопросу?

- Официальная позиция государства по этим вопросам хорошо известна: попутный газ следует не сжигать, а утилизировать. Эта позиция неоднократно освещалась на разных уровнях. Нет необходимости принимать новые законы или организовывать всяческие реформы. Нужно просто следить за исполнением существующих и поддерживать производителя, например, путем снижения налогов на прибыль и на имущество, гарантировать закупку продукции и т.д.

- Может ли принцип перехода на наилучшие доступные технологии дать толчок развитию технологий GTL и CTL?

- Безусловно. Технологии XTL (переработка органических соединений в жидкие продукты), к которым относятся также процессы GTL и CTL, до сих пор являются развивающимися. Следует отметить, что действующие заводы XTL в основном расположены в зонах теплого и умеренного климата.

Выбор наилучшей технологии, в наибольшей степени подходящей для реализации в наших суровых климатических условиях позволит в дальнейшем осуществлять тиражирование этого процесса, его распространение на всю территорию России и особенно в области, испытывающие недостаток в топливе и электроэнергии, например, в районы Дальнего Востока и Крайнего Севера.

Использование современных разработок отечественного машиностроения для производства оборудования для установок ХTL, перенесение иностранных технологий на российские предприятия позволит не только уйти от западного поставщика, но также существенно снизать стоимость заводов XTL.

- Не могли бы Вы прокомментировать существующее мнение, что технологии GTL нерентабельны в российских реалиях?

- Известно, что заводы GTL имеют высокую стоимость. Капитальные вложения в создание предприятия мощностью 30000 бар./день в конце прошлого века составляли примерно 1 млрд. долл. США. Удельные капитальные вложения при строительстве таких заводов составляли 25000-30000 долл. США/бар. Такую стоимость имели, в частности, заводы GTL компании Shell в Малайзии, Mossgas в Южной Африке и Mobil в Новой Зеландии.

Совершенно неожиданно стоимость аналогичных предприятий в этом веке существенно возросла. Заводы компании Sasol в Катаре и Нигерии стоили уже около 5 млрд. долл. США, а стоимость завода компании Shell мощностью 70000 бар./день в Катаре достигла 18 млрд. долл. США. Удельные капитальные вложения при строительстве таких заводов достигают 100000-200000 долл. США/бар. Объяснить этот факт нельзя только возрастанием стоимости металла, используемого для изготовления оборудования. Управление крупными проектами требует больших усилий в плане регулирования больших финансовых потоков, привлечения больших групп высококвалифицированных специалистов, изготовителей уникального нестандартного оборудования и т.д., что, естественно, приводит к увеличению стоимости завода. Естественно, что создание крупных предприятий в суровых российских условиях приведет к заметному увеличению капитальных вложений.

Исторически заводы GTL субсидируются правительствами. В условиях высокой стоимости крупнотоннажных заводов GTL возникает вопрос разработки новых технологий для реализации экономичных предприятий средней и малой мощности. Развитие малотоннажных технологий GTL идет в основном в направлении использования в качестве сырья сланцевого газа, попутного нефтяного газа и биомассы различного происхождения. В первом случае в основном предлагается производить синтетическую нефть, которую можно транспортировать трубопроводным транспортом одновременно с природной нефтью. Во втором случае рассматривается в основном производство товарных продуктов: дизельного топлива, базовых масел, высокоплавких твердых парафинов. Малотоннажные технологии GTL предлагают компании Velocys (США), Syntroleum (США), Rentech (США) и ряд других.

Интересным решением для реализации малотоннажных процессов GTL может быть использование микроканальных технологий, позволяющих интенсифицировать процессы и существенно уменьшить размеры химических реакторов. К таким технологиям относится, в частности, технология компании Velocys. Микроканальный реактор, разработанный этой компанией, представляет собой совокупность параллельно расположенных плоскостей, разделенных внутри перегородками, расположенными на расстоянии 0,1-5 мм друг от друга. В таких аппаратах процессы тепло- и массообмена ускоряются во много раз. Удельные капитальные вложения при строительстве таких заводов на настоящий момент составляет 100000-200000 долл. США/бар.

Малый размер реакторов позволяет организовать блочно-модульное исполнение, что обеспечивает возможность доставки установки в самые отдаленные регионы железнодорожным, воздушным и автомобильным транспортом.

Однако следует отметить, что 60-70% капитальных вложений в процесс GTL приходится на долю первой стадии окислительной конверсии природного газа, и без улучшения этой стадии, снижения затрат на нее невозможно улучшить общую экономику процесса.

- Почему у нас не развивается переработка угля в жидкое топливо недалеко от места его добычи?

- Переработка угля недалеко от места его добычи уже давно привлекает внимание. Ведь хорошо известно, что при транспортировке угля теряется до 30% его массы.

Твердые углеродсодержащие материалы (уголь, торф, биомасса и т.д.) обычно отличаются высоким содержанием углерода и относительно низким содержанием водорода. В частности, уголь содержит до 5-6% водорода. Содержание водорода в нефтяных топливах колеблется от ~12% в бензинах до 14,5% в авиационных керосинах. Чтобы уголь или любое другое твердое органическое вещество могли их заместить, необходимо их превратить в жидкости, содержащие примерно столько же водорода. Это можно достичь удалением части углерода или добавлением водорода непосредственно или в несколько стадий. Первый метод называется коксованием или пиролизом, второй – ожижением.

Пиролизом называется разложение и другие химические превращения органического вещества, происходящие под действием нагревания. Состав продуктов пиролиза зависит от состава исходного материала, размера его частиц, скорости нагрева и конечной температуры. В промышленности пиролиз органического сырья используется для получения разнообразных углеродных материалов (активированных углей, коксов, углеродных волокон и т.п.). Продуктом пиролиза является также «пиролизное масло» (жидкая углеводородная фракция, аналог нефти).

Ожижением называют процессы превращения исходных соединений в жидкость. Процессы ожижения могут носить физический характер (например, сжижение газов под воздействием низких температур), однако чаще термином "ожижение" обозначают химические превращения, приводящие к образованию жидких продуктов. Различают прямое и непрямое ожижение.

Прямое ожижение (гидрогенизация) – технология, направленная на введение водорода в органическую структуру и ее разрушение настолько, насколько это необходимо, чтобы получить жидкие углеводородные продукты. Водород подают в молекулярной форме или в виде водорододонорного растворителя (тетралина или его гомологов, гидрированного пирена, полиароматических соединений и т.п.). Важным свойством такого растворителя является его способность к легкой регенерации (восстановлению донорных свойств), что позволяет перераспределять водород его из мест, обогащенных водородом, в места с недостатком водорода.

Непрямое ожижение предполагает использование последовательных превращений исходного соединения в жидкие продукты. Чаще всего промежуточной стадией непрямого ожижения является газификация (окислительная конверсия сырья в синтез-газ, то есть смесь оксида углерода и водорода, отличающийся высокой реакционной способностью). На следующей стадии синтез-газ превращают в жидкие углеводороды. В отличие от процесса сжигания газификацию осуществляют в недостатке окислителя, чтобы конечными продуктами были не СО2 и вода, а синтез-газ.

Образующиеся при газификации генераторные газы, содержащие помимо синтез-газа также СО2, азот, пары воды и ряд других компонентов в зависимости от состава сырья, могут быть использованы для получения тепловой и электрической энергии. Синтез-газ, выделенный из генераторных газов, является ценным химическим сырьем для проведения синтеза Фишера-Тропша.

Пиролиз – наиболее старый и наиболее дешевый процесс, поскольку он не требует дополнительного сырья (водорода, окислителей, растворителей) и протекает при низких давлениях. Однако жидкий продукт процесса – аналог тяжелой нефти – требует серьезного облагораживания и очистки для использования его в качестве моторного топлива. То же относится и к продукту прямого ожижения угля. Кроме того, гидрогенизация протекает в жестких условиях (при давлениях выше 200 атм.), и поэтому стоимость ее гораздо выше.

Непрямое ожижение угля по методу Фишера-Тропша позволяет получать в относительно мягких условиях (при давлении 20-30 атм.) жидкие продукты высокого качества. Однако стоимость процесса CTL (уголь в жидкость) заметно выше стоимости процесса GTL аналогичной мощности по продукту вследствие гораздо более высоких капитальных затрат на стадию получения синтез-газа.

Процесс CTL реализован в ЮАР на предприятиях компании Sasol общей мощностью около 6 млн. т жидких углеводородов в год. Однако крупномасштабные производства CTL имеют те же недостатки, что и процессы GTL большой мощности. 

Снижение капитальных вложений на этой стадии возможно при использовании подземной газификации угля. Этот метод был разработан в России в прошлом веке. В Советском Союзе работало пять станций подземной газификации угля. В настоящее время метод развивается в институте Промгаз системы Газпрома, с которым мы поддерживаем контакт. Мировым лидером этого метода является австралийская компания Linc. Тем не менее, процесс CTL все еще остается дорогостоящим.