CC BY
177
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
£
УДК 66.062
https://doi.org/10.24412/2310-8266-2021-1-2-33-36
Анализ современных российских и зарубежных технологий получения сжиженного природного газа в арктических условиях
А.Р. Гимаева1, И.И. Хасанов2
1 Казанский (Приволжский) федеральный университет, 420008, г. Казань, Россия ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7546-406X, E-mail: [email protected]
2 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: [email protected] Резюме: В настоящее время природный газ прежде всего является энергетическим сырьем. Вместе с тем все большая его часть отправляется на переработку. Химическая переработка природного газа может стать одной из стратегических задач, которая позволит России дать импульс для создания принципиально новых отечественных технологий. Одно из актуальных направлений - производство сжиженного природного газа (СПГ). В статье рассмотрены технологии получения СПГ, проанализировано, какие технологии используются в настоящее время для производства сжиженного газа в условиях Арктики.
Ключевые слова: сжиженный природный газ, технология, арктические условия, месторождение.
Для цитирования: Гимаева А.Р., Хасанов И.И. Анализ современных российских и зарубежных технологий получения сжиженного природного газа в арктических условиях // НефтеГазоХимия. 2021. № 1-2. С. 33-36. D0I:10.24412/2310-8266-2021-1-2-33-36
ANALYSIS OF MODERN RUSSIAN AND FOREIGN TECHNOLOGIES FOR PRODUCING LIQUEFIED NATURAL GAS IN ARCTIC CONDITIONS Alina R. Gimaeva1, Ilnur I. Khasanov2
1 Kazan (Volga region) Federal University, 420008, Kazan, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7546-406X, E-mail: [email protected]
2 Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: [email protected]
Abstract: At present, natural gas is primarily an energy raw material. At the same time, more and more of it is sent for processing. Chemical processing of natural gas can become one of the strategic tasks that will allow Russia to give impetus to the creation of fundamentally new domestic technologies. One of the topical areas is the production of liquefied natural gas. The article discusses the technologies for obtaining liquefied natural gas, analyzes what technologies are currently used for the production of liquefied natural gas in the Arctic. Keywords: liquefied natural gas, technology, arctic conditions, field. For citation: Gimaeva A.R., Khasanov I.I. ANALYSIS OF MODERN RUSSIAN AND FOREIGN TECHNOLOGIES FOR PRODUCING LIQUEFIED NATURAL GAS IN ARCTIC CONDITIONS. Oil & Gas Chemistry. 2021, no. 1-2, pp. 33-36. DOI:10.24412/2310-8266-2021-1-2-33-36
Мировая индустрия сжиженного природного газа (СПГ) является динамично развивающейся отраслью энергетики. Об этом свидетельствует тот факт, что ежегодно вводятся в строй новые производственные мощности. Особенности становления и развития мировой индустрии СПГ подробно изложены в работах [1-3].
С 2000 года экспорт-импорт сжиженного газа вырос на планете более чем в два раза прежде всего за счет спроса в Азии. Сегодня на СПГ приходится 40% физических объемов мировой торговли газом, до 2040 года его доля возрастет до 60% (снизив роль трубопроводного газа до 40%). Один только Китай за 2018 год увеличил импорт сжиженного газа на 40%, а глобальный спрос на него уже в ближайшее время, до конца 2021 года, вырастет на 20% [4].
При этом ключевыми регионами добычи природного газа в ближайшей перспективе будут Восточная Европа - Евразия (включая Россию и район Каспия), а также страны Персидского залива, Австралия и Северная Америка. Добыча газа только в России за четверть века вырастет на 220 млрд м3 за счет запасов п-ва Ямал, Штокма-новского месторождения и месторождений Восточной Сибири. Однако локализация месторождений газа часто не совпадает с ведущими рынками его потребления. Страны, имеющие большие запасы газа и низкий внутренний спрос, нацелены на монетизацию своих газовых ресурсов.
В тех случаях, когда строительство трубопровода от поставщика к потребителю является экономически невыгодным, сжижение природного газа становится одним из путей достижения поставленной цели. Следует отметить, что действующие крупнотоннажные заводы по сжижению газа в России («Сахалин-2», «Ямал СПГ»), а также проекты по строительству аналогичных заводов («Арктик СПГ-2», «Арктик СПГ-1», «Арктик СПГ-3», «Печора СПГ», «Владивосток СПГ», «Балтийский СПГ», «Штокман СПГ», «Дальневосточный СПГ», «Криогаз - Высоцк») находятся в зонах холодного и арктического климата, который характеризуется определенными особенностями. Это резкие колебания температуры в течение года (летом может достигать
1-2 • 2021
НефтеГазоХимия 33
дования влияет на стабильность и надежность производства в целом. В то же время на выбор технологии влияют и такие факторы, как состав сырья, климатические условия, доступность теплоносителей и хладагентов и др. К примеру, качество сырьевого газа, а именно термодинамические свойства углеводородных смесей, входящих в состав сырьевого газа, играют определяющую роль в выборе параметров технологических процессов комплекса СПГ.
Таким образом, научно обоснованный выбор технологии и техники для производства СПГ в арктических условиях на сегодняшний день является актуальной темой, ведущей к получению конечного продукта с наименьшими затратами.
В современных установках сжижения природного газа применяются технологические схемы, в основу которых положены [6]:
• холодильные циклы с дросселированием различных модификаций;
• детандерные холодильные циклы;
• каскадные холодильные циклы с чистыми хладагентами (классические каскадные циклы);
• однопоточные каскадные циклы с хладагентом, представляющим собой многокомпонентную смесь углеводородов и азота.
Анализ литературных источников свидетельствует, что в мире в разное время было использовано семь различных технологий сжижения природного газа. В табл. 1 представлены планируемые и функционирующие проекты по производству СПГ.
Проанализировав действующие заводы по сжижению природного газа в условиях Арктики, было выявлено, что большинство из них используют следующие технологии получения СПГ: C3MR (Air Products and Chemicals Inc.), DMR (Shell), MFC (Statoil и Linde).
Таблица 1
Проекты по производству СПГ в арктической зоне РФ [7]
Название Компания Район Технология сжижения Мощность, тыс. т/год Тип инфраструктуры завода СПГ
Арктические проекты
Печора СПГ Роснефть Alltech порт Индига, Баренцево море AirProducts 2x2600 Наземный/ плавучий завод СПГ (FLNG) морской терминал (FLSO)
Ямал СПГ НОВАТЭК порт Сабетта, п-ов Ямал, Обская губа Карского моря Air Products Арктический каскад 3x 55001 x 900 Наземный завод СПГморской порт
Арктик СПГ-2 НОВАТЭК п-ов Гыдан, Карское море Linde 3x 66002x 6600 Гравитационного типа на бетонном основании
Балтийские проекты
Балтийский СПГ Газпром Усть-Луга Shell 10 000(до 15 000) Наземный завод СПГ
Псковский СПГ Криогаз Псков НТЛ дроссельная технология 23 Наземный завод СПГ
Порт Высоцк Газпромбанк Финский залив, Балтийское море Air Liquide 2x 6601 x 660 Наземный завод СПГ
КС Портовая Газпром Финский залив, Балтийское море ОМ3 1000 Наземный завод СПГ
Калининградский СПГ Криогаз Балтийское море - 150 Наземный завод СПГ
СПГ-Горская СПГ-Горская Финский залив, Балтийское море Собственная разработка 440 Плавучий завод СПГ (FLNG)
Возможные проекты
Якутский СПГ - Якутск - 1100 -
Норильский СПГ Норильскгазпром Дудинка - 2000 -
Рис. 1
Доля СПГ в мировом экспорте газа, % [4]
2018 2040*
■ Сжиженный природный газ
■ Трубопроводный газ
+30 °С, зимой -40 °С), вечная мерзлота (промерзание грунта в течение 2000 лет), сильные ветры [5].
Комплекс производства СПГ является дорогостоящим и сложным технологическим объектом. При разработке проекта производственного комплекса СПГ необходимо учитывать различные характеристики региона: социально-экономическую, промышленную, климатическую. Правильный выбор технологии производства СПГ определяет энергоэффективность всего производственного комплекса. Другими словами, правильный подбор машин и обору-
34 НефтеГазоХимия
1-? • ?0?1
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
шо-
В сфере технологий для производства больших объемов СПГ, предназначенных на экспорт, сегодня лидирует компания Air Products. Разработанные ею процессы AP-SMR™, AP-C3MR™ и AP-X™ охватывают 82% рынка [6]. Каждый второй завод по сжижению природного газа использует технологию C3MR, еще четверть приходится на ее модификации (SMR, AP-X) (табл. 2).
Технология C3MR (APCI) - технология сжижения смешанным хладагентом с предварительным охлаждением пропаном. Принципиальная схема данной технологии представлена на рис. 2.
Компания Air Products & Chemicals осуществляет ряд проектов с использованием данной технологии в нескольких странах: Бруней, ОАЭ, Алжир и Индонезия (табл. 2). Широкое распространение технологии обосновано ее высокой эффективностью и рядом преимуществ. Пропан охлаждает не только природный газ (до -35°), но и сам хладагент, при этом сводится к минимуму количество единиц оборудования и контуров управления в системе, что приобретает дополнительное преимущество при производстве СПГ в суровых арктических условиях.
Технология DMR - Double Mixed Refrigerant (хладагент двойного смешения) компании Shell, представленная на рис. 3, была разработана в 2002 году. Технология предполагает использование двух потоков циркулирующего охладителя, представляющего собой смесь азота и легких углеводородов (обычно - метан, этан, пропан, изобу-тан. бутан): контур предварительного охлаждения и контур сжижения. С каждым годом технология двухконтурного охлаждения смесевым хладагентом становится все более достойной внимания, поэтому ее оптимизированных версий довольно много, особенно в зарубежной практике.
Ввиду сложности процессов в технологии DMR по сравнению с C3MR данная технология получила распространение в основном в крупнотоннажном производстве СПГ. Но процессы проходят постоянную модернизацию, так как каждое предприятие имеет свои цели и ресурсы. Так, например, в рамках проекта «Сахалин-2» была оптимизирована технология DMR с целью увеличения производительности и экономии энергозатрат.
Технология MFC компании Statoil и Linde - каскадный процесс с использованием смешанного хладагента [5]. Эта технология более сложная по сравнению с предыдущими и
Таблица 2
Участие Air Products в проектах по производству СПГ
Местоположение
Запуск
Производительность СПГ (млн т / год)
Процесс Air Products
Ливия
1970
0,8
AP-SMR™
Бруней
1972
1,3
AP-C3MR™
Абу-Даби
1977
1,7
AP-C3MR™
Алжир
1981
1,4
AP-C3MR™
Индонезия
Арун
1978-1986
2,0
AP-C3MR™
Донги
2014
2,0
AP-C3MR™
Китай
Нинся, Ханас
2012
0,4
AP-SMR™
Шэньси, Янлин
2014
0,5
AP-SMR™
Фэнчжэнь
2019
0,3
AP-SMR™
Принципиальная схема процесса C3MR [8]
СПГ
Mm-
Природный газ
%SL i í
з
Пропан ¡ ;
"К
Смешанный хладагент
Принципиальная схема процесса DMR [8]
.Д4
Рис. 2
Рис 3
1-2 • 2021
НефтеГазоХимия 35
Рис. 4
Принципиальная схема процесса MFCÎ81
о п
основана на применении трех раздельных контуров охлаждения со смешанными хладагентами. Процесс включает три отдельных цикла охлаждения на смешанных хладагентах: предварительного охлаждения, сжижения и переохлаждения, схема технологии представлена на рис. 4. Именно эта технология будет использована на терминале «Арктик СПГ-2».
За последнее десятилетие потребление СПГ в мире росло в четыре раза быстрее, чем добыча природного газа. За это же время число импортирующих стран увеличилось более чем в два раза. В перспективе доля России на глобальном рынке СПГ может достигнуть четверти от общемирового показателя.
По прогнозам, к 2030 году мировой спрос на СПГ возрастет до 580 млн т, а доля СПГ в мировой торговле газом увеличится с 35% в 2017 году до 52% к 2035 году.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федорова Е.Б. Становление мировой индустрии СПГ // Транспорт на альтернативном топливе, 2011. № 2 (20). С.74-79.
2. Федорова Е.Б. Развитие технологий крупнотоннажного производства СПГ // Транспорт на альтернативном топливе, 2011. № 3. С. 70-74.
3. Федорова Е.Б. Современные тенденции развития мировой индустрии СПГ // Автогазозаправочный комплекс+Альтернативное топливо, 2013. № 2. С. 46-55.
4. Прогноз BP по энергетике Евросоюза: что ждет нефть, уголь и газ из России? URL: https://eenergy.media/2020/09/17/prognoz-bp-po-energetike-evrosoyuza-chto-zhdet-neft-ugol-i-gaz-iz-rossii/ (дата обращения 10.02.2021)
5. Мещерин И.В. Анализ технологий получения СПГ // Neftegaz.ru, 2018. №
10. С. 97-106.
6. Никитин В.С., Симонов Ю.А., Половинкин В.Н. Перспективы развития отечественных арктических морских технологий, связанных со сжиженным природным газом // Арктика: экология и экономика, 2018. № 2(30). С. 68-82. DOI: 10.25283/2223-4594-2018-2-68-82.
7. Климентьев А.Ю., Книжников А.Ю. Потенциал газификации Арктической зоны Российской Федерации сжиженным природным газом (СПГ). М.: Всемирный фонд дикой природы (WWF), 2018. 84 с.
8. Мещерин И.В., Ким И.А., Чукова Н.А. и др. Морская транспортировка газа. М.: ВНИИГАЗ, 2009. 427 с.
REFERENCES
1. Fedorova YE.B. Formation of the global LNG industry. Transportna al'ternativnom toplive, 2011, no. 2 (20), pp. 74-79 (In Russian).
2. Fedorova YE.B. Development of technologies for large-scale LNG production. Transport na al'ternativnom toplive, 2011, no. 3, pp. 70-74 (In Russian).
3. Fedorova YE.B. Modern trends in the development of the global LNG industry. Avtogazozapravochnyy kompleks+Al'ternativnoye toplivo, 2013, no. 2, pp. 4655 (In Russian).
4. Prognoz BP po energetike Yevrosoyuza: chto zhdet neft, ugol' i gaz iz Rossii? (BP forecast for the EU energy: what awaits oil, coal and gas from Russia?) Available at: https://eenergy.media/2020/09/17/prognoz-bp-po-energetike-evrosoyuza-chto-zhdet-neft-ugol-i-gaz-iz-rossii/ (accessed 10 February 2021)
5. Meshcherin I.V. Analysis of LNG production technologies. Neftegaz.ru, 2018,
no. 10, pp. 97-106 (In Russian).
6. Nikitin V.S., Simonov YU.A., Polovinkin V.N. Prospects for the development of domestic Arctic marine technologies associated with liquefied natural gas. Arktika: ekologiya i ekonomika, 2018, no. 2(30), pp. 68-82 (In Russian). doi: 10.25283/2223-4594-2018-2-68-82.
7. Kliment'yev A.YU., Knizhnikov A.YU. PotentsialgazifikatsiiArkticheskoyzony Rossiyskoy Federatsii szhizhennym prirodnym gazom (SPG) [Potential for gasification of the Arctic zone of the Russian Federation with liquefied natural gas (LNG)]. Moscow, Vsemirnyy fond dikoy prirody (WWF) Publ., 2018. 84 p.
8. Meshcherin I.V., Kim I.A., Chukova N.A. Morskaya transportirovka gaza [Sea transportation of gas]. Moscow, VNIIGAZ Publ., 2009. 427 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ / INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Гимаева Алина Рашитовна, к.т.н., доцент кафедры высоковязких нефтей и природных битумов, Казанский (Приволжский) федеральный университет. Хасанов Ильнур Ильдарович, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Alina R. Gimaeva, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of High-viscosity Oil and Natural Bitumen, Kazan (Volga region) Federal University. Ilnur I. Khasanov, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transportand Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
36 НефтеГазоХимия
1-2 • 2021
