Объединённый центр исследований и разработок РН-ЦИР – на острие научного поиска
Объединённый центр исследований и разработок РН-ЦИР – на острие научного поиска
Сегодня мы продолжаем рассказ о том как, учёные крупнейшей мировой нефтегазовой компании "Роснефть" исследуют перспективные направления в различных областях нефтепереработки и нефтехимии. В их творческой деятельности реализуется начало новой эпохи - эры высокотехнологичных нефти и газа.
Технологии преобразования природного или попутного газа в жидкое топливо GTL в этом году исполняется 100 лет. Именно в 1913 году русский химик и генерал царской армии В.Н. Ипатьев предложил идею технологии олигомеризации газообразных олефинов с получением бензина. Он реализовал этот процесс в 30-е годы прошлого столетия в США. А в 1923 году с сотрудниками фирмы Ruhrchemie AG Ф. Фишером и Х. Тропшем была создана технология синтеза жидких углеводородов из смеси СО и Н2 (углекислого газа и водорода).
Авиакомпания Airbus с октября 2009 года проводит испытания нового топлива, состоящего на 50% из обычного авиакеросина и на 50% из керосина, получаемого по технологии gas-to-liquids (GTL). Однако кроме заботы об экологии окружающей среды в основе распространения новых видов технологий лежат сугубо экономические расчёты. Дело в том, что синтетическое топливо GTL не только считается экологически чистым, но и имеет сравнительно низкую себестоимость производственного цикла по сравнению с керосином – сегодняшние технологии позволяют сделать рентабельными продажи GTL-топлива уже при цене 20 долларов за баррель. Но самое главное – использование этого вида топлива не требует замены двигателей.
Давайте разберёмся, что собой представляет технология GTL и для чего она нужна.
«Это хорошо разработанный процесс, превращающий имеющий низкую стоимость газ в ценный, ультрачистый продукт, легко транспортируемый и отвечающий наступающим требованиям, предъявляемым к экологически чистому топливу. При огромном мировом рынке нефтепродуктов технология GTL является значительно более гибкой, чем трубопроводные или СПГ-проекты, требующие жёстких контрактов и обязательств. GTL-продукты можно экспортировать танкерами и распределять через существующую инфраструктуру».
Эти слова о GTL-технологии (то есть о превращении природного газа в жидкие моторные топлива) были сказаны Диком Чейни, будущим вице-президентом США, занимавшим тогда пост главы компании Halliburton, осенью 1999 года. Его выступление в лондонском Институте нефти действительно было посвящено будущим тенденциям развития нефтегазового сектора.
На протяжении всего прошлого века основным источником получения моторного топлива и многочисленных продуктов органического синтеза была и до сих пор остаётся нефть. Использовать для этих же целей газ или уголь можно, но до последнего времени было нерентабельно. В последние годы цены на нефть повсеместно возрастают, это делает насущной диверсификацию сырьевой базы и повышает рентабельность переработки природного и попутного газа в жидкое топливо. Причём существенное значение по части рентабельности технологий GTL играет разница в ценах на нефть и на газ.
Совокупность химических технологий по превращению природного или попутного газа в высшие углеводороды, различные виды топлива и химические продукты в англоязычной литературе получила название gaz-to-liquids (GTL). В русскоязычной литературе иногда используется термин «синтетическое жидкое топливо» (СЖТ).
Стоит отметить, что во многих странах мира резко возросли требования к качеству топлив с точки зрения их экологической безопасности. В сложившихся условиях ведущие нефтяные компании мира поняли, что стоит обратить своё внимание на возможности производства СЖТ. Существует множество технологий преобразования газа (gas-to-liquids, GTL), угля (coal-to-liquids, CTL) или биомассы (biomass-to-liquids, BTL) в жидкости. Накопленный опыт использования таких технологий в других странах и особенно динамика ввода новых мощностей позволяют сделать определённые выводы и прогнозы потенциала их применения как в мире, так и в России.
GTL-технологии дают возможность перерабатывать природный газ в широкий спектр продуктов – от этилена и альфа-олефинов до твёрдого парафина. Важнейшим продуктом является также синтетическая дизельная фракция, по эксплуатационным и экологическим качествам намного превосходящая нефтяное дизельное топливо.
К основным GTL-продуктам относятся:
[?] Синтетическая нефть (обладает очень низким содержанием серы и благоприятным соотношением углеводородных компонентов, превосходит по характеристикам основные марки нефти).
• Базовые масла.
• Парафины и церезины (используются для производства синтетических моющих средств, причём ими можно заменить аналогичные парафины, производимые на нефтеперерабатывающих заводах из дефицитных керосиновых фракций переработки нефти).
• Газойль (используется для выпуска высококачественного дизельного топлива, практически не содержащего серы и имеющего низкое содержание ароматических углеводородов).
• Керосин (имеет высокие эксплуатационные характеристики, может быть использован в качестве топлива для реактивных самолётов или как добавка к нефтяному реактивному топливу).
Часто в научной литературе встречается сравнение экономических показателей GTL-технологий с производством СПГ (сжиженного природного газа). Но важно сразу упомянуть, что GTL-продукция и СПГ – это два разных рынка, с различающимися системами маркетинга, стратегиями и условиями функционирования. СПГ в подавляющем большинстве используется для генерации энергии, в качестве топлива для промышленности и домохозяйств, поэтому спрос на него варьируется в зависимости от времени года. Реализуется СПГ как на рынке спот, так и по долгосрочным контрактам с механизмом ценообразования, имеющим привязку к нефти. GTL-продукция предназначается для транспортной и нефтегазохимической отраслей. Так, например, GTL-дизель является торгуемым товаром наряду с дизелем обычной нефтепереработки и конкурирует он не с сырьевыми позициями, а с продуктами переработки. Преимуществом применения GTL-продуктов считают тот факт, что процесс практически полностью вписывается в существующую инфраструктуру топливопотребления (системы хранения, транспортировки, заправки, моторостроения) и не требует дополнительных вложений в эту инфраструктуру. С точки зрения максимизации прибыли от использования газовых ресурсов GTL-технологии имеют больше возможностей, так как являются способом производства продукции с высокой долей добавленной стоимости.
Инвестиционные расходы на сопоставимые по масштабу проекты GTL и СПГ примерно одинаковы. Разница заключается в том, что при реализации GTL-проекта дороже стоит сам завод, но это компенсируется отсутствием необходимости в специальных дорогостоящих танкерах, как в случае с СПГ, где технология уже отработана и стоимость завода меньше. Что касается операционных расходов, то они выше в процессе производства СПГ. Результат сопоставления прибыли от реализации двух проектов зависит от многих параметров, но важно понимать, что существенного сокращения издержек ввиду технологического развития производства СПГ уже вряд ли стоит ожидать, а вот у GTL-технологий этот потенциал ещё есть. Энергетическая эффективность GTL-производства составляет чуть более 60%, в теории этот показатель может быть доведён до 78%, в ближайшие годы планируется достичь 73% уровня. При производстве СПГ уже достигнуто максимальное значение показателя в 88%. Техническое развитие GTL-технологий обещает быть более быстрым, нежели это происходило с развитием технологий производства СПГ. Для сравнения технологий стоит ещё упомянуть, что энергетическая эффективность преобразования угля в СЖТ составляет 45–55%. Подводя итоги, можно сказать, что оба варианта монетизации газа являются конкурентоспособными, но реализация GTL-проектов выводит компанию на новый уровень диверсификации своих поставок и позволяет сократить риски за счёт перспектив проявления гибкости и выхода на рынок готовой продукции с высокой долей добавленной стоимости.
Рассмотрение данных вопросов особенно важно для перспектив развития российской энергетики и экономики в целом. На первый взгляд положение с запасами природного газа в России одно из наиболее благоприятных; но многие сравнительно недавно открытые крупные месторождения труднодоступны и расположены далеко от центров потребления. Монетизация таких месторождений, то есть поиск путей придания им реальной, а не только потенциальной ценности, есть сложная комплексная задача. Принимая во внимание масштабы и протяжённость нашей страны, важно рассмотреть такой фактор, как стоимость транспортировки. Уровень расходов на транспортировку GTL-продуктов значительно ниже уровня расходов на транспортировку СПГ или трубопроводного газа. Причём с увеличением расстояния транспортировки применение GTL-технологии становится более экономически выгодным.
Благодаря возможностям, которые открывает GTL-технология, эта отрасль сейчас бурно развивается. Во всём мире зарегистрировано свыше 8 тысяч патентов в этой области. Ежегодно проводятся десятки конференций и научных семинаров по GTL-технологиям.
Россия является крупнейшей газодобывающей страной с наибольшими запасами природного газа и одним из лидирующих регионов мира по объёму сжигаемого попутного нефтяного газа (ПНГ). Объём разведанных запасов российского природного газа составляет более 30% от мировых запасов. Объём ежегодно сжигаемого попутного газа, по разным оценкам, составляет от 15 до 30 млрд. кубических метров. Для утилизации ПНГ в ближайшие годы необходимо построить 89 компрессорных станций. Объём инвестиций на их строительство составит 52,6 млрд. рублей. При этом необходима прокладка трубопроводов протяжённостью более 3000 км. Затраты на строительство трубопроводов могут составить 170,6 млрд. рублей.
В ООО «Объединённый центр исследований и разработок» (ОАО «НК «Роснефть») разработана и реализована технология RN-GTL, позволяющая осуществлять квалифицированную переработку природного и попутного нефтяного газов в смесь синтетических углеводородов. Современный процесс GTL – это двух- или трёхстадийная технология химического преобразования углеводородного газа в синтетические углеводороды, использующая каталитические реакции.
Вначале природный газ превращают в более реакционноспособную смесь оксида углерода и водорода (синтез-газ).
Синтез-газ сам по себе является ценнейшим полупродуктом органического синтеза. Из него получают чистый водород и углекислый газ, используют в производстве аммиака, метанола, уксусной кислоты и так далее.
Для получения синтез-газа применяется в основном паровая или автотермическая конверсия, реже парциальное окисление. Первая стадия – стадия переработки природного газа в синтез-газ во всех производствах, работающих по технологии GTL, является наиболее капиталоёмкой. На её долю приходится 60–70% из общих затрат, и любые усовершенствования в этой области делают весь процесс более экономичным. Вторая стадия – синтез углеводородов из смеси оксида углерода и водорода («синтез Фишера-Тропша») определяет количество и состав получаемых углеводородов, а также необходимость и способ дальнейшей переработки. Капитальные затраты на этой стадии составляют 20–25% от стоимости всего производства. Экономичность этой стадии во многом зависит от используемого катализатора. На третьей стадии осуществляется облагораживание смеси синтетических углеводородов. Углеводородные продукты доводят до товарного качества, используя гидрокрекинг или гидроизомеризацию. Капитальные затраты на эту стадию составляют 5–15%.
Наиболее перспективными с точки зрения себестоимости и экологичности являются технологии GTL, основанные на использовании высокоэффективных катализаторов синтеза Фишера-Тропша. Для получения синтез-газа в таких случаях применяют процесс пароуглекислотной конверсии. Такой процесс позволяет в одну стадию, без последующей глубокой переработки, получать углеводородные продукты заданного состава. Фракционный состав получаемой синтетической нефти варьируется в широких пределах. По таким технологиям можно получать широкий ассортимент высококачественных топлив и масел для летательных аппаратов и автомобильных двигателей.
Утилизация природного и/или попутного нефтяного газов по технологии RN-GTL, реализуемой в рамках проекта, возможна на месторождениях нефтегазодобывающих компаний стран СНГ. В ряде нефтедобывающих стран, где вопрос об утилизации ПНГ был поставлен в середине прошлого века, прежде всего в США, Канаде, Норвегии и других, создана индустрия по использованию ПНГ, и степень его утилизации превышает 95%. В России в качестве методов утилизации применяют в основном переработку на ГПЗ (около 60% добываемого газа) и использование на нужды промыслов (около 15%) при суммарном уровне утилизации не более 80%. При возрастающем росте добычи ПНГ возможность его переработки на ГПЗ (основной метод утилизации ПНГ в России) ограничена мощностью и потребностями производства. В использовании технологии RN-GTL могут быть заинтересованы крупнейшие нефтегазовые компании России, владеющие месторождениями природного и попутного газа в Западной и Восточной Сибири, и международные нефтегазовые компании, работающие в странах ближнего и дальнего зарубежья, с целью наиболее эффективной монетизации ресурсов газообразных углеводородов.
Ввод в эксплуатацию GTL-установки будет способствовать монетизации газовой программы компании. GTL – это технологический прорыв, позволяющий решать экологические вопросы, в том числе проблему утилизации попутного нефтяного газа, и производить при этом моторные топлива с уникальными качествами в удалённых местах добычи нефти, получая дополнительную прибыль.
Технология GTL повысит технологический уровень отечественной газоперерабатывающей промышленности и увеличит долю производства высокотехнологической продукции в ВВП.
Качественная синтетическая нефть, производимая по технологии GTL, может претендовать на более высокую стоимость относительно стоимости сорта Brent примерно на 30%. Она также характеризуется экологической чистотой и превосходит по своим характеристикам основные марки минеральных нефтей.
Учёные РН-ЦИР разрабатывают технологии GTL, аккумулируя лучший мировой опыт и собственные уникальные наработки. Монетизация большого количества попутного газа, который сгорает на факелах, а также для утилизации низконапорного и природного газа небольших месторождений внесёт свой вклад в социально-экономическое развитие регионов Сибири и Дальнего Востока. Увеличение доли добавленной стоимости продукции, возможность диверсификации экспорта, перспектива завоевания новых сегментов рынка и увеличение поступлений в бюджет скажутся на экономике страны положительным образом.