CC BY
28
УДК 66.07
https://doi.org/10.24412/2310-8266-2024-1-35-39
Мировые тенденции развития газохимической и газоперерабатывающей промышленности
Жагфаров Ф.Г.1, Салахов И.И.2, Андреев В.С.1
1 Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 119991, Москва, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7344-015X, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0009-0001-6443-0451, E-mail: [email protected]
2 Казанский национальный исследовательский технологический университет 420015, г. Казань, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7180-3271, E-mail: [email protected] Резюме: В настоящее время доля природного газа в структуре энергобаланса растет, что связано с активной добычей традиционных и сланцевых залежей. При этом частично вытесняется с энергетического рынка как уголь, так и нефть. Данное обстоятельство способствует тому, чтобы природный газ использовался не только как бытовое и промышленное топливо, но и как сырье для получения широкого ряда ценных продуктов нефтехимического синтеза. В настоящей работе рассмотрены основные процессы, повышающие эффективность всей технологической цепочки переработки газа, а также представлен мировой рынок продуктов газохимии.
Ключевые слова: глубокая переработка, углеводородные газы, сжиженный природный газ, продукты газохимии.
Для цитирования: Жагфаров Ф.Г., Салахов И.И., Андреев В.С. Мировые тенденции развития газохимической и газоперерабатывающей промышленности // НефтеГазоХи-мия. 2024. № 1. С. 35-39. D0I:10.24412/2310-8266-2024-1-35-39
GLOBAL TRENDS IN THE DEVELOPMENT OF GAS CHEMICAL AND GAS PROCESSING INDUSTRIES
Zhagfarov Firdaves G.1, Salakhov Ilshat I.2, AndreyevValeriy S.1
1 Russian State University of Oil and Gas (National Research University) named after I.M. Gubkina, 119991, Moscow, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7344-015X, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0009-0001-6443-0451, E-mail: [email protected]
2 Kazan National Research Technological University, 420015, Kazan, Russia ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7180-3271, E-mail: [email protected]
Abstract: Currently, the share of natural gas in the energy mix is growing due to active production of conventional and shale deposits. At the same time, both coal and oil are partially displaced from the energy market. This circumstance contributes to the fact that natural gas is used not only as a domestic and industrial fuel, but also as a raw material for obtaining a wide range of valuable petrochemical synthesis products. This paper considers the main processes that increase the efficiency of the entire technological chain of gas processing, and also presents the global market of gas chemistry products.
Keywords: deep processing, hydrocarbon gases, liquefied natural gas, gas chemical products.
For citation: Zhagfarov F.G., Salakhov I.I., Andreyev V.S. GLOBAL TRENDS IN THE DEVELOPMENT OF GAS CHEMICAL AND GAS PROCESSING INDUSTRIES. Oil & Gas Chemistry. 2024, no. 1, pp. 35-39. DOI:10.24412/2310-8266-2024-1-35-39
Значительная часть существующих на сегодняшний день прогнозов долгосрочного развития мировой энергетики сходится на том, что добыча и потребление природного газа будут увеличиваться (рис. 1) [1].
Природный газ является эффективным видом топлива, экологически и экономически наиболее удобным энергоносителем и прекрасным технологическим сырьем в большинстве процессов в нефтегазохимии. В то же время доля природного газа в мировой первичной энергии составляет около 23%, уступая нефти и незначительно углю. Несмотря на то, что добыча угля и нефти продолжается, очевидно, что в будущем доминирующее положение в энергобалансе стран они уже скорее всего занимать не будут.
Показатель мировых доказанных запасов природного газа находится на уровне 210 трлн м3, при этом мировая добыча природного газа составляет 4,2 трлн м3. Поэтому актуальной задачей топливно-энергетического комплекса мира является выбор оптимальной с технической, экономической и экологической точек зрения стратегии использования природного газа для получения важнейших продуктов нефтехимии, производства тепла, а также моторного топлива [2].
Стоит отметить тенденции рынка сжиженного природного газа (СПГ) и международную торговлю трубопроводным транспортом, представленные на рис. 2. В 2022 году международная торговля природным газом в виде СПГ составила 56% всего объема межрегиональной торговли газом. В общей сложности 542 млрд м3, что на 5% больше, чем годом ранее. В отличие от торговли СПГ, которая выросла в 2022 году, международная торговля природным газом по трубопроводам сократилась примерно на 15%, упав до 78 млрд м3 по сравнению с 2021 годом.
Организация малотоннажного производства СПГ, спрос на который
-о1
(ИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
с каждым годом возрастает, позволяет на локальном социальном и промышленном уровне обеспечивать энергоресурсами удаленные города и поселки. Кроме того, перспективным направлением развития отрасли является применение СПГ в качестве моторного топлива [3-4].
Наряду с переработкой природного газа в настоящее время остро стоит необходимость рационального использования попутного нефтяного газа (ПНГ), мировой объем факельного сжигания которого упал до самого низкого уровня с 2010 года и составил 139 млрд м3. Можно выделить три основных пути переработки ПНГ, а именно, химико-каталитический, физико-энергетический и термохимический, все они требуют активного развития. Одним из перспективных направлений является внедрение мембранной технологии, способствующей выделению из попутного нефтяного газа ценных компонентов - сжиженных углеводородных газов [5].
Актуальной задачей топливно-энергетического комплекса является повышение глубины переработки газа, способствующей развитию многостадийности цепи переработки, что, в свою очередь, ведет к повышению экономической эффективности за счет оптимизации доходности всех звеньев от исходного сырья до конечного продукта. Ввиду этого существует острая необходимость в модернизации действующих и строительстве новых газохимических производств, а также в развитии на их базе газохимических кластеров и выпуске маржинальной продукции.
Важным процессом в обеспечении промышленности сырьем является пиролиз, мощности которого в России по состоянию на 2022 год оцениваются в 4,4 млн т в год; при этом в течение последних 25 лет был введен в строй только один новый крупный пиролизный комплекс на предприятии ООО «ЗапСибНефтехим». Долгое время прирост производства низших олефиновых углеводородов осуществлялся исключительно за счет модернизации и строительства новых печей на существующих предприятиях. Лишь ввод в эксплуатацию новых мощностей позволил вдвое расширить рынок полиэтилена и выпускать все виды полипропилена, в том числе и дефицитные на отечественном рынке статистические сополимеры и блок-сополимеры. На данный момент в стране действуют две крупные пиролизные установки, не считая ООО «ЗапСибНефтехим», годовой мощностью 650 тыс. и 640 тыс. т на ПАО «Нижнекамскнеф-техим» и ПАО «Казаньоргсинтез» соответственно, а также установка дегидрирования мощностью 510 тыс. т в год пропилена на ООО «Тобольск-Полимер». На рис. 3 представлены значения мощностей производства этилена пиролизом.
Из-за отсутствия достаточных пиролизных мощностей Россия существенно отстает от нефтегазохимических производств других стран. Например, за прошедший год производство химических веществ в России снизилось на 3,8% по сравнению с 2021 годом. Производство этилена в 2022 году снизилось на 1,5% и составило 4,4 млн т, производство бензола - на 1,1%, до 1,3 млн т. Производство пластмасс в первичных формах снизилось на 7,3% и составило 10,3 млн т, причем большая часть из них приходится на крупнотоннажные полимеры. На сегодняшний день, актуальной задачей топливно-энергетического комплекса страны является расширение мощностей пиролиза.
Рассмотрим основные продукты, способствующие развитию глубокой переработки газа. Аммиак является крупнотоннажным продуктом, мировое производство которого составляет более 238 млн т в год, при этом наблюдается тенденция наращивания мощностей на 1-2% ежегод-
Доля мировой первичной энергии
Международная торговля СПГ и трубопроводным транспортом
Экспорт
СПГ
Импорт
Южная Америка
Норвегия
Экспорт
Трубопроводный транспорт
Импорт Европа
США Китай
Азия Африка
Рис. 1
Рис. 2
Мощности производства этилена процессом пиролиза, тыс. в год
Мировое потребление удобрений
Структура потребления метанола
Поточная схема получения низших олефинов из метанола
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
но. Аммиак является сырьем для производства карбамида, химического соединения, активно используемого в качестве минерального удобрения для подкормки разных типов культур. На долю азотных удобрений приходится более половины мирового потребления (рис. 4). В список российских предприятий по производству карбамида входят ПАО «Тольяттиазот», ПАО «КуйбышевАзот», НАК «Азот», АО «Апатит», ООО «Газпром нефтехим Салават», АО «Не-винномысский Азот» и др. [6].
Другим крупнотоннажным продуктом является метанол, годовые мировые производственные мощности которого составляют более 120 млн т. Существует проблема сбыта метанола, для решения которой необходимо искать новые пути переработки метанола в другие ценные химические продукты (рис. 5) [7].
Одним из направлений переработки является получение диметилового эфира (ДМЭ), находящего применение в качестве аэрозольного пропеллента, пенообразователя, растворителя, экстрагента и многоцелевого топлива. Потребление данного продукта в России выросло на 280% за последние 10 лет, при этом емкость российского рынка к 2025 году превысит 12 тыс. т в год.
Другим решением переработки метанола является получение олефинов методом каталитической трансформации метанола на цеолитах, вызывающим широкий интерес как научного общества, так и специалистов в различных
смежных областях, так как в ходе исследований отмечена высокая селективность превращения метанола в низшие олефины. Поточная схема, отражающая получение олефинов из метанола с их последующей олигомеризацией в бензины, представлена на рис. 6.
Также имеется возможность осуществления на основе технологии «метанол в олефины» выпуска полимерной продукции. Например, проект «Метанольный остров», запуск которого запланирован на 2027 год в Узбекистане, должен стать крупнейшим в мире заводом по производству полимерной продукции на базе технологии получения олефинов из метанола. В состав продукции будут входить полипропилен, полиэтилен, этиленвинилацетат и полиэтилтерефталат. Схема производства представлена на рис. 7 [8].
Отдельно выделим возможность глубокой переработки серосодержащих компонентов природного газа. В настоящее время основными продуктами переработки сероводорода на газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) являются газовая сера и серная кислота. Однако ввиду низкой стоимости продуктов и заметного превышения предложения над спросом, заводы-изготовители теряют прибыль за счет реализации данной продукции. В качестве перспективного решения реализации серы предлагается ее переработка в более дорогостоящие продукты, например сероуглерод, получаемый из серы и природного газа.
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
Схема производства полимеров на основе технологии «метанол в олефины»
Метанол в
олефины |||
Полимеры &
1,1 млн тонн
Структура рынка кормовых аминокислот в мире
Структура импорта метионина на территорию России
Данный продукт находит применение при производстве вискозы, целлофана, четыреххлористого углерода, для защиты свежих фруктов от насекомых и плесени при морских перевозках. Традиционным является способ получения сероуглерода путем реакции между серой и метаном, однако существует способ, основанный на взаимодействии сероводорода и метана. В ближайшем будущем прогнозируется рост мирового рынка сероуглерода, что объясняется повышением спроса на целлофан для производства упаковочных материалов.
Стоит отметить и другой высоколиквидный и широко применяемый в промышленности продукт - метионин, ис-
пользуемый при производстве современных комплексных кормов для сельского хозяйства, а также в фармацевтике, поэтому основным потребителем метионина являются производства по выпуску премиксов и готовых кормов для животноводства, птицеводства, а в последнее время и рыбоводства. Метионин занимает второе место в структуре мирового рынка кормовых аминокислот (рис. 8). Рынок сбыта данного продукта расширяет его применение в качестве спортивного питания.
Единственным отечественным предприятием, производящим метионин, является АО «Волжский оргсинтез», мощностей которого не хватает для покрытия потребностей внутреннего рынка. Значительная часть потребляемого в России метионина импортируется из-за рубежа, что в условиях санкций негативно сказывается на отечественных потребителях этого химического сырья [9]. Структура импорта метионина представлена на рис. 9.
Организация производства диметилсульфида на основе сероводорода и метанола также является перспективной на ГПЗ. Незначительный рынок диметилсульфида в России компенсируется высокой стоимостью продукта и возможностью экспорта данного соединения. Удачным примером реализации проекта реализации диметилсульфида, в частности по созданию импортозамещающего малотоннажного производства диметилдисульфида, осуществляющего переработку серосодержащих соединений, выделяемых из природного газа, в ценную товарную продукцию является ООО «Оренбургская сульфидирую-щая компания». Диметилдисульфид востребован на рынке как реагент, применяемый в нефтепереработке в качестве ингибитора коксообразования в печах пиролиза, а также в качестве сульфидирующего агента катализаторов гидроочистки и гидрокрекинга.
Другим востребованным продуктом является малеи-новый ангидрид, широко используемый в производстве алкидных смол, фумаровой и яблочной кислот, ненасыщенных полиэфиров, алкидных олигомеров, тетрагидро-фурана, армированных пластиков, химикатов для сельского хозяйства, пластмасс, фармацевтических препаратов, присадок и т.д. Единственная установка по производству данного продукта мощностью 17 тыс. т в год находилась в составе ОАО «Оргсинтез», однако ввиду сокращения внутреннего потребления в 2001 году установка перестала эксплуатироваться. Впоследствии в связи с растущим спросом создано производство малеинового ангидрида на ООО «ЗапСибНефтехим», мощность которого составляет 45 тыс. т в год, что позволяет удовлетворить спрос российских компаний в современных условиях импортозаме-щения и развивать строительную, пищевую, химическую и аграрную промышленность. Стоит отметить, что производство малеинового ангидрида осуществляется по одной из самых безопасных и экологичных технологий на основе окисления н-бутана, что способствует повышению глубины переработки углеводородов [10].
Представленный анализ указывает на преобладание на территории Российской Федерации продуктов первого передела в газохимическом производстве, таких как метанол и аммиак. За рубежом они становятся сырьем для дальнейшего передела, после которого получается продукция с высокой добавленной стоимостью. Химическая промышленность является важнейшим элементом почти для всех цепочек создания стоимости готовой продукции и жизненно важной части как мировой, так и отечественной экономики, поскольку большая часть всех производимых товаров напрямую зависит от продукции ГПЗ.
Рис. 7
Рис Я
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. BP Statistical Review of World Energy URL: https://www.bp.com/en/global/ corporate/energy-economics.html?yscNd=lug3ncn0eb589718843 (дата обращения 25.03.2024).
2. Лапидус А.Л., Голубева И.А., Крылов И.Ф., Жагфаров Ф.Г. Основные направления переработки природного газа в химические продукты // Технологии нефти и газа. 2009. № 5(64). С. 3-6.
3. Кондратенко А.Д., Карпов А.Б., Козлов А.М., Мещерин И.В. Российские малотоннажные производства по сжижению природного газа // НефтеГа-зоХимия. 2016. № 4. С. 31-36.
4. Мищенко Е.С., Сигунова А.А. Перспективы использования полимерных композиций при криогенных температурах: сб. ст. III Всерос.й науч. конф. «Инновационное развитие технологий производства СПГ». М.: Изд-во: РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2022. С. 10-11.
5. Сигунова А.А., Мищенко Е.С. Мембранные технологии в газопереработке: опыт и преемственность // Деловой журнал Neftegaz.RU. 2023. № 10(142). С. 108-112.
6. Сосна М.Х., Касым О.Н. Основные тенденции в развитии технологии производства аммиака // НефтеГазоХимия. 2017. № 4. С. 17-21.
7. Сосна М.Х., Заволокин К.А., Хаманова А.А. Повышение эффективности производства метанола путем утилизации продувочного газа // НефтеГазоХимия. 2018. № 3. С. 35-38.
8. Узбекистан продвигает газопереработку и газохимию. Подписаны 2 важных соглашения по Uzbekistan GTL и Метанольному острову ГХК МТО URL: https://neftegaz.ru/news/Gazohimija/780953-uzbekistan-prodvigaet-gazopererabotku-i-gazokhimiyu-podpisany-2-vazhnykh-soglasheniya-po-uzbekistan-/?ysclid=lrcl8kqx5u306019404 (дата обращения: 25.03.2024).
9. Козлов А.М., Карпов А.Б., Кондратенко А.Д. Кошелева Ю.Г. Производство метионина как эффективный способ переработки сероводорода // Деловой журнал Neftegaz.RU. 2019. № 4(88). С. 60-62.
10.Тремаскин Д.Ю., Жагфаров Ф.Г. Состояние и перспективы развития производства малеинового ангидрида в России // Химия и технология топлив и масел. 2020. № 6(622). С. 53-56.
REFERENCES
1. BP Statistical Review of World Energy Available at: https://www.bp.com/en/ global/corporate/energy-economics.html?yscNd=lug3ncn0eb589718843 (accessed 25 March 2024).
2. Lapidus A.L., Golubeva I.A., Krylov I.F., Zhagfarov F.G. Main directions of processing natural gas into chemical products. Tekhnologii nefti i gaza, 2009, no. 5(64), pp. 3-6 (In Russian).
3. Kondratenko A.D., Karpov A.B., Kozlov A.M., Meshcherin I.V. Russian small-scale production facilities for liquefying natural gas. NefteGazoKhimiya, 2016, no. 4, pp. 31-36 (In Russian).
4. Mishchenko Ye.S., Sigunova A.A. Perspektivy ispol'zovaniya polimernykh kompozitsiy pri kriogennykh temperaturakh [Prospects for the use of polymer compounds at cryogenic temperatures]. Trudy Vserossiyskoy nauch. konf. «Innovatsionnoye razvitiye tekhnologiy proizvodstva SPG» [Proc. of the
III All-Russian Scientific conf. "Innovative development of LNG production technologies"]. Moscow, 2022, pp. 10-11.
5. Sigunova A.A., Mishchenko YE.S. Membrane technologies in gas processing: experience and continuity. Delovoy zhurnal Neftegaz.RU, 2023, no. 10(142), pp. 108-112 (In Russian).
6. Sosna M.KH., Kasym O.N. Main trends in the development of ammonia production technology. NefteGazoKhimiya, 2017, no. 4, pp. 17-21 (In Russian).
7. Sosna M.KH., Zavolokin K.A., Khamanova A.A. Increasing the efficiency of methanol production by recycling purge. NefteGazoKhimiya, 2018, no. 3, pp. 35-38 (In Russian).
8. Uzbekistan prodvigayet gazopererabotku i gazokhimiyu. Podpisany 2 vazhnykh soglasheniya po Uzbekistan GTL i Metanol'nomu ostrovu GKHK MTO (Uzbekistan is promoting gas processing and gas chemistry. 2 important agreements were signed on Uzbekistan GTL and the Methanol Island of
the Mining and Chemical Combine MTO) Available at: https://neftegaz. ru/news/Gazohimija/780953-uzbekistan-prodvigaet-gazopererabotku-i-gazokhimiyu-podpisany-2-vazhnykh-soglasheniya-po-uzbekistan-/?ysclid=lrcl8kqx5u306019404 (accessed 25 March 2024).
9. Kozlov A.M., Karpov A.B., Kondratenko A.D. Kosheleva YU.G. Methionine production as an effective way to process hydrogen sulfide. Delovoy zhurnal Neftegaz.RU, 2019, no. 4(88), pp. 60-62 (In Russian).
10. Tremaskin D.YU., Zhagfarov F.G. State and prospects for the development of maleic anhydride production in Russia. Khimiya i tekhnologiya topliv i masel, 2020, no. 6(622), pp. 53-56 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ / INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Жагфаров Фирдавес Гаптелфартович, д.т.н., проф., завкафедрой газохимии, РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина.
Салахов Илшат Илгизович, к.т.н., доцент кафедры химической технологии переработки нефти и газа, Казанский национальный исследовательский технологический университет.
Андреев Валерий Сергеевич, аспирант кафедры газохимии, РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина.
Firdaves G. Zhagfarov, Dr. Sci. (Tech.), Prof., Head of the Department of Gas Chemistry, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University).
Ilshat I. Salakhov, Cand. Sci. (Chem.), Assoc. Prof. of the Department of Chemical Technology of Oil and Gas Processing, Kazan National Research Technological University.
Valeriy S. Andreyev, Postgraduate Student, of the Department of Gas Chemistry, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University).
