CC BY
92ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА НА ПРИМЕРЕ ЗАВОДОВ СПГ В КИТАЕ
УДК 338.001.36
Ли Вэй, Компания по маркетингу природного газа АКОО «ПетроЧайна» (Пекин, КНР),
liwee@petrochina.com.cn
Ван Ли, Компания по маркетингу природного газа АКОО «ПетроЧайна»,
wangli@petrochina.com.cn
Ду Янь, Компания по маркетингу природного газа АКОО «ПетроЧайна»,
yandu@petrochina.com.cn
Чжан Диннань, Компания по маркетингу природного газа АКОО «ПетроЧайна»,
zhangdingnan@petrochina.com.cn
В статье освещены современное состояние и ожидаемые тенденции в производстве сжиженного природного газа в Китае. Опираясь на большой опыт самостоятельного строительства небольших заводов по производству сжиженного природного газа, китайская индустрия не только добилась значительных успехов в области развития технологий маломасштабного производства, но и накопила достаточные технические резервы для развития крупномасшабных проектов. В статье приведен обзор существующих китайских проектов по производству сжиженного природного газа и отмечены их основные особенности: география расположения заводов, преобладание мелких и средних заводов и высокое потребление энергии. Для понимания плюсов и минусов небольших заводов сжиженного природного газа в Китае проведено сравнение китайских и зарубежных заводов по двум показателям: удельное капитальное вложение и удельное энергопотребление. Результаты сравнения показали, что основные факторы, влияющие на выбор масштаба завода сжиженного природного газа, включают: рыночный спрос на продукцию, местный потенциал технологий и оборудования, условия строительства на месте, толерантность инвесторов к риску и т. д.
Отмечены основные технологические достижения китайских производителей. Проанализированы главные тенденции развития отрасли в Китае и в мире.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: СЖИЖЕННЫЙ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ, ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ, МАЛЫЙ МАСШТАБ, КРУПНЫЙ МАСШТАБ, УДЕЛЬНОЕ КАПИТАЛЬНОЕ ВЛОЖЕНИЕ, УДЕЛЬНОЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ.
СОСТОЯНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРОЕКТОВ СПГ В КИТАЕ
Активное развитие заводов по производству сжиженного природного газа (СПГ) в Китае началось сравнительно недавно. Первый завод СПГ Zhongyuan Green Energy, производящий 150 тыс. Нм3/сут, был введен в эксплуатацию в 2001 г. В период 2011-2014 гг. рыночный спрос и мощность производства СПГ в Китае переживали взрывной рост. По состоянию на конец 2017 г. в Китае запущены в эксплуатацию 190 заводов СПГ, общая мощность которых составляет
трубопроводный газ pipeline gas коксовый газ coke oven gas газ из угольных пластов
синтетическим природный газ synthetic natural gas
хвостовой газ в процессе синтеза аммиака tail gas in ammonia synthesis -0% - сланцевый газ
Источник: Zhuo Chuang Information Source: Zhuo Chuang Information
Рис. 1. Структура состава сырьевого газа заводов СПГ в Китае Fig. 1. Composition diagram of gas supply in China
Li Wei, PetroChina Natural Gas Marketing Company (Beijing, China), liwee@petrochina.com.cn Wang Li, PetroChina Natural Gas Marketing Company, wangli@petrochina.com.cn Du Yan, PetroChina Natural Gas Marketing Company, yandu@petrochina.com.cn Zhang Dingnan, PetroChina Natural Gas Marketing Company, zhangdingnan@petrochina.com.cn
Development trend of liquefaction technology from China's LNG plants
The article highlights the current state and expected trends in the production of liquefied natural gas in China. Relying on the extensive experience of independent construction of small plants for the production of liquefied natural gas, Chinese industry has not only achieved significant success in the development of technologies for small-scale production, but also has accumulated sufficient technical reserves for the development of large-scale projects. The article provides an overview of existing Chinese projects for the production of liquefied natural gas and highlights their main features: the geography of the location of such plants, the predominance of small and medium-sized plants and high energy consumption. In order to understand the pros and cons of small liquefied natural gas plants in China, a comparison of Chinese and foreign liquefied natural gas plants was made by two indicators: the specific capital investment and the specific energy consumption. The comparison results showed that the main factors affecting the choice of the scale of the liquefied natural gas plant include: market demand for products, local potential of technologies and equipment, conditions for construction on site, investor risk tolerance, etc.
The main technological achievements of Chinese manufacturers are mentioned. The essential trends in the industry in China and in the world are analyzed.
KEYWORDS: LIQUEFIED NATURAL GAS, IMPORT SUBSTITUTION, SMALL SCALE, LARGE SCALE, SPECIFIC CAPITAL INVESTMENT, SPECIFIC ENERGY CONSUMPTION.
Внутренняя ■ Хубэй
Монголия Hubei
Inner Mongolia ■ Синьцзян
Шзньси Xinjiang
Shaanxi ■ Хэбэй
Шаньси Hebei
Shanxi ■ Хэнань
Нинся Непап
Ningxia " Шаньдун
Сычуань Shandong
Sichuan ■ Прочие
Others
Источник данных: Zhuo Chuang Information Source: Zhuo Chuang Information
Рис. 2. Расположение мощностей производства СПГ в Китае на 2017 г. Fig. 2. Location of LNG production capacities in China in 2017
около 110 млн Нм3/сут (около 28 млн т/год) [1]. Тем не менее фактический объем производства СПГ в Китае в 2017 г. составил только 10,05 млн т. Это связано с низкой конкурентоспособностью китайского СПГ из-за более низких цен на сжиженный газ в мире, что привело к недостаточной загрузке производственных мощностей китайских заводов по производству СПГ.
Основной сырьевой газ для заводов СПГ в Китае - трубопроводный газ, на его долю приходится около 73 % всего сырьевого газа, вместе с тем в последние годы темпы роста строительства новых заводов СПГ на его основе заметно замедлились. В новых проектах преобладает использование нетрадиционных источников природного газа: коксового газа, газа из угольных пластов, синтетического природного газа, хвостового газа в процессе синтеза аммиака.
Структура состава сырьевого газа, используемого заводами СПГ в Китае, указана на рис. 1.
Территориальное расположение заводов СПГ тесно связано с ценой и местонахождением сырьевого
газа. Основные производители природного газа в Китае сосредоточены в центральном и западном регионах, таких как провинция Внутренняя Монголия (20 %), Шэньси (17 %), Шаньси (11 %), Нинся (8 %), Сычуань (7 %), Хэбэй (6 %), Хубэй (6 %), Синьцзян (6 %), Шаньдун (5 %), Хэнань (3 %) (рис. 2). Эти регионы также предпочтительны для заводов СПГ.
Крупнейшая государственная Китайская национальная нефтегазовая корпорация ^РС) начала строительство 24 заводов СПГ с
2010 г., к настоящему моменту 21 завод уже построен, строительство еще трех заводов продолжается. Заводы в основном располагаются в богатых газовыми ресурсами районах: в северо-западном и юго-западном, а также в районе, прилегающем к Бохай-скому заливу. Общая проектная мощность заводов СПГ компании CNPC составляет 22,9 млн Нм3/сут. Производственные мощности заводов СПГ и расположение заводов компании СМРС указаны на рис. 3.
Рис. 3. Расположение заводов СПГ компании СИРС Fig. 3. Distribution map of CNPC LNG plants
Рис. 4. Завод СПГ «Хуанган» Fig. 4. CNPC Huanggang LNG plant
Рис. 5. Завод СПГ «Аньсай» Fig. 5. CNPC Ansai LNG plant
РАЗВИТИЕ ОТРАСЛИ
В Китае осуществляется содействие продвижению импортозамещающих технологий и отечественного оборудования по сжижению природного газа. Используя опыт, накопленный при проектировании и эксплуатации малых и средних заводов СПГ в своей стране, в Китае разработан ряд собственных технологий по сжижению природного газа, которые включают следующие аспекты.
Улучшенный каскадный цикл охлаждения (CNPC-CASCADA) мощностью единичной линии 1,2 млн т/год был применен на заводе СПГ «Хуанган» (рис. 4) (за -пущен в эксплуатацию в 2014 г.). Эффективность процесса охлаждения и энергопотребление были значительно улучшены за счет использования собственной системы охлаждения метана и хладагента на основе метана. Все оборудование, используемое в данном цикле и указанное в табл. 1, может быть заменено китайской продукцией.
Цикл сжижения с двойным смешанным хладагентом (CNPC-DMR), самостоятельно разработанный компанией CNPC, обладает высокой адаптивностью к окружающей среде и условиям подачи газа. Для сохранения компактности конструкции и снижения перепада давления в процессе производства в качестве основного теплообменника используется пластинчато-ребристая холодильная камера. Данная технология была успешно применена на заводах СПГ «Аньсай» (рис. 5) (0,5 млн т/год) и «Тайань» (0,6 млн т/год), которые были введены в эксплуатацию в 2012 и 2014 г. соответственно.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНДУСТРИИ СПГ В КИТАЕ
Заводы СПГ широко распространены в более чем 20 провинциях Китая - в тех регионах, где имеются газовые ресурсы и целевой рынок. Большинство заводов СПГ -
№ No Тип оборудования Type of equipment Название оборудования Equipment name
1 Оборудование по охлаждению Refrigeration equipment Пропиленовый компрессор Propylene compressor Этиленовый компрессор Ethylene compressor Метановый компрессор Methane gas compressor Компрессор отпарного газа BOG compressor Компрессор газа регенерации Regeneration compressor Испаритель хладагента Evaporator Холодильная камера Cool box
2 Электрическая установка Electrical installation Высоковольтный двигатель HV motor Преобразователь частоты Invertor
3 Система управления Control system Распределенная система управления (DCS) Distributed control system Система обнаружения пламени и газа (FGS) Flame and gas detection system Система безопасности (SIS) Safety system
4 Загрузочная система Loading system Загрузочная система в блочно-модульном исполнении Skid-mounted LNG loading system
5 Прочие Others Маслогрейная печь Heat conduction oil furnace Переключающий клапан молекулярного сита Switching valve of molecular sieve Циркуляционный насос аминного раствора Amine circulation pumps
маломасштабные с мощностью в диапазоне 100-500 тыс. т/год. Маломасштабные заводы имеют низкое первоначальное капиталовложение и способны быстро реагировать на вола-тильность рынка. Заводы в основном построены за счет частных средств.
На ранней стадии развития отрасли оборудование и технологии для сжижения природного газа поставлялись иностранными компаниями. Постепенно, учитывая богатый производственный опыт и знание практических условий в своей стране, импортное оборудование и технологии заменялись улучшенными отечественными аналогами, такими как расширение N2, расширение ^-СН4, SMRC, C3/MRC, DMR.
Для небольших заводов по производству СПГ мощностью 5000-30 000 Нм3/сут в Китае сей -час широко используется комплексное решение завода в блоч-но-модульном исполнении. Это обусловлено следующими причинами: низкий объем инвестиций, минимальное использование земельных площадей, простой процесс ввода в эксплуатацию и обслуживания, удобное энергоснабжение удаленных потребителей и возможность повторного использования.
Функциональное разнообразие заводов СПГ призвано удовлетворить потребности различных конечных потребителей, не имеющих доступа к природному трубопроводному газу, таких как промышленные предприятия, население отдаленных районов,автотранспорт и суда. Так, потребление СПГ автотранспортными и плавучими средствами в Китае в 2017 г. составило 10 млрд м3. Заводы по производству СПГ служат также эффективным способом обеспечения пикового и аварийного газоснабжения в городах наряду с терминалами СПГ и комплексами СПГ для регулирования пикового газопотребления.
Таблица 1. Импортозамещение оборудования Table 1. Import substitution equipment
СРАВНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗАВОДОВ СПГ В КИТАЕ И ЗА РУБЕЖОМ
Для более точного понимания плюсов и минусов небольших заводов СПГ в Китае попытаемся сравнить китайские и зарубежные заводы СПГ по двум показателям: удельное капитальное вложение в строительство и удельное энер -гопотребление. Как показано на рис. 6, в мире объем инвестиций в крупные заводы СПГ постепенно увеличивается. В период 2009-2017 гг. удельное капитальное вложение в строительство завода СПГ составляло от 500 до 1500 долл. США/т в год. В отличие от этого, среднее капитальное вложение в строительство малых и средних заводов СПГ в
Китае в 2010-2016 гг. составляло 365 долл. США/т в год, что намно -го меньше среднего капитального вложения в мире. В табл. 2 представлены данные об удельном капитальном вложении в строительство отдельных китайских заводов СПГ, мощности этих заводов, годы ввода в эксплуатацию и типы сырьевого газа. Видно, что удельное капитальное вложение составляет примерно от 240 до 480 долл. США/т в год.
Следует отметить, что заводы СПГ в Китае в основном расположены во внутренних районах страны, где строительство морских сооружений не требуется, а целевой рынок ограничен внутренними потребителями.
В табл. 3 приведено энергопотребление проектов «Ямал СПГ»
Таблица 2. Удельное капитальное вложение в строительство заводов СПГ в Китае Table 2. Investment Scale of China's LNG Plants
Название завода СПГ LNG plant Удельные инвестиции, долл/т Investment, S/tpa Мощность, млн т/год Capacity, mtpa Год ввода в эксплуатацию Commissioning year Тип сырьевого газа Resources
«Цзиньчэн» Jincheng 418 0,29 2016 Трубопроводный Pipeline gas
«Бачжун Тункай» Bazhong tongkai 341 0,34 2015 Сланцевый Shale gas
«Xуанган» HuangGang 445 1,20 2014 Трубопроводный Pipeline gas
«Таншань Таньстил» Tangshan tangsteel 475 0,12 2014 Коксовый Coke oven gas
«Аньсай» Ansai 346 0,50 2012 Трубопроводный Pipeline gas
«Гуанъань» Guang'an 352 0,23 2012 Трубопроводный Pipeline gas
«Баотоу» Baotou 242 0,39 2010 Трубопроводный Pipeline gas
«^уайсинь» Huixin 304 0,20 2010 Трубопроводный Pipeline gas
Таблица 3. Сравнение энергопотребления заводов СПГ в Китае и за рубежом Table 3. Comparison of power consumption between world and China LNG plants
Название завода СПГ LNG plant Мощность, млн т/год Capacity, mtpa Энергопотребление, кВт ч/т Power consumption, kwh/t Технологический процесс Processing technology Примечание Notes
«Ямал» Yamal 11,00 258 API C3MR Фактические данные Observed data
«СПГ Канада» LNG Canada 14,00 243 SHELL DMR Технико-экономическое обоснование Feasibility study
«Хуанган» Huanggang 1,20 324 CNPCCASCADE Фактические данные Observed data
«Тайань» Taian 0,60 358 CNPC DMR Фактические данные Observed data
«Гуанъань» Guang'an 0,25 443 B&V PRICO Фактические данные Observed data
«Циньшуй» Qinshui 0,50 376 LINDE LIMUM Фактические данные Observed data
и «СПГ Канада», а также китайских заводов СПГ, принадлежащих компании CNPC. Независимо от того, используется ли китайская или импортная технология сжижения, китайские малые и средние заводы по производству СПГ имеют более высокое удельное энергопотребление по сравнению с крупными зарубежными проектами. Такое потребление энергии связано с конкретными условиями эксплуатации, таки-
ми как состав сырьевого газа, температура окружающей среды, выбор оборудования и т. д., поэтому данные о потреблении энергии даны в табл. 3 только для сведения.
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В ОБЛАСТИ СПГ
Благодаря технологическому прогрессу газовой промышленности в области разведки,
разработки, добычи, сжижения, транспортировки и хранения СПГ, экономическая эффективность использования СПГ за последние несколько десятилетий значительно возросла, что также привело к существенному повышению спроса на СПГ в мире. В качестве чистой альтернативы углю природный газ играет все более важную роль в мировом энергетическом секторе, и продолжается работа по повышению
газовая промышленность сжиженный природный газ
№ 3 | 781 | 2019 г.
эффективности и экологичности СПГ-проектов.
Исходя из вышеперечисленных факторов, специалисты компании считают, что мировая индустрия сжижения природного газа будет развиваться в следующих направлениях.
Масштаб единичных линий СПГ станет более приспособлен к потребностям рынка.
В 1990-2010 гг. мощность единичных линий СПГ постоянно увеличивалась. В период 20062010 гг. средняя мощность единичных линий,введенных в эксплуатацию в мире, составляла около 5 млн т/год, а на катар-ских заводах по производству СПГ была введена в эксплуатацию единичная линия мощностью 7,8 млн т/год [2]. Тем не менее в период 2018-2023 гг. прогнозируется снижение средней мощности единичной линии до 2,8 млн т/год. Это происходит главным образом из-за растущего числа программ по сжижению, разработанных с использованием линий с меньшей мощностью и (или) модульных конструкций [3] (см. рис. 7). Несмотря на то, что крупномасштабное производство СПГ имеет более низкую себестоимость единицы продукции, малые линии производства СПГ обладают своими существенными преимуществами. Например, малые линии позволяют снизить первоначальные инвестиции и сократить количество контрактов, необходимых для принятия окончательного инвестиционного решения. Что еще более важно, малые линии могут легко реагировать на изменения и колебания различных целевых рынков, и это позволяет снизить эксплуатационные расходы по сравнению с крупными линиями. Крупные линии могут понести более высокие потери в случае прекращения работы предприятия.
Таким образом, основными факторами, которые влияют на выбор масштаба завода СПГ, ста -новятся рыночный спрос на СПГ,
2000-2008 2009-2017 2018-2023
Период, годы Period, years
■ Крупнотоннажные заводы СПГ на базе новых месторождений Large-capacity LNG plants based on new fields
■ Крупнотоннажные заводы СПГ на базе месторождений, уже находящихся в разработке
Large-capacity LNG plants based on mature fields Мало- и среднетоннажные заводы СПГ* Small and medium sized LNG plants*
Плавучие заводы СПГ, курсирущие от месторождения к месторождению Floating LNG plants plying from field to field
*Средние капиталовложения в мало- и среднетоннажные заводы СПГ в Китае в 2010-2016 гг.: 365 долл. США/т в год
"Average investment of China's small and medium sized LNG plants in 2010-2016 US$365/tpa
Источник данных: IHS Markit и объявления компании Source: IHS Markit and company annoucements
Рис. 6. Удельное капитальное вложение в строительство заводов СПГ в мире Fig. 6. Investment Scale of World LNG Plants. Source: IHS Markit
Годы Years
■ Средняя суммарная мощность линий, введенных в эксплуатацию, млн т/год Average gross capacity of trains commissioned, mtpa — Число новых линий, введенных в эксплуатацию (правая ось) No. of newtrain commissioned (right axis)
Источник данных: IHS Markit Source: IHS Markit
Рис. 7. Мощность заводов СПГ в мире в период 1964-2023 гг. Fig. 7. Scale of world LNG plants 1964-2023
местный потенциал технологий и оборудования, условия строительства на месте, толерантность инвесторов к риску и т. д.
Технология сжижения будет ориентирована на снижение энергопотребления и выбросов загрязняющих веществ.
Сжижение природного газа -процесс с высоким энергопотреблением. Для оценки интенсивности выбросов парниковых газов на заводе СПГ учитывают объем выбросов парниковых газов при производстве единицы СПГ [4]. Для того чтобы СПГ превратился в действительно чистую энергию, необходимо уменьшить углеродный след от производства СПГ до его утилизации. Кроме самого процесса сжижения, на окружающую среду оказывают воздействие и другие части цепочки производства СПГ: производство оборудования,строительство причала и канала, а также транспортировка СПГ, которые должны учитываться в комплексе. Только повышая эффективность производства СПГ и сокращая потребление энергии и выбросы в процессе производства, СПГ может продолжить укреплять свои позиции в мировой энергетической сфере.
УЧАСТИЕ КИТАЯ В МИРОВЫХ КРУПНОМАШТАБНЫХ ПРОЕКТАХ ПО СЖИЖЕНИЮ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЙ И ПРОИЗВОДСТВА ОБОРУДОВАНИЯ
Технологические инновации.
В результате импорта технологии и основного оборудования и проведения независимых исследований и разработок, а также опыта строительства 190 заводов СПГ Китай накопил достаточные знания и компетенции в сфере реализации мало- и среднемасштабных проектов СПГ. Компания CNPC, выступая крупнейшим производителем и поставщиком нефти и газа в Китае, стоит на переднем фронте исследований и разработки технологий СПГ. Ею созданы улучшенный каскадный цикл (CNPC Improved Cascade Cycle) мощностью единичной линии 3,5 млн т/год и усовершенствованный каскадный цикл (DMR) мощностью единичной линии 5,5 млн т/год. Оба технологических процесса имеют уникальную приспособляемость к окружающей среде и условиям подачи газа. Кроме того, указанные процессы не привязаны к определенному запатентованному оборудованию и технически доступны для всех производителей оборудования.
Импортозамещение оборудования.
Китайские производители оборудования всегда работали над замещением импортного оборудования, первоначально поставляемого на заводы СПГ, отечественными аналогами.
К настоящему времени все оборудование, включая компрессоры хладагента, компрессоры отпар-ного газа (BOG), двигатели высокого напряжения,холодильные камеры (пластинчато-ребристые теплообменники), а также распределенные системы управления и системы безопасности, и даже погружные насосы СПГ, успешно заменено отечественными продуктами. Поскольку заводы СПГ в Китае в основном мало-и сред-нетоннажные и максимальная мощность завода СПГ составляет 1,2 млн т/год, основной приоритет поставщиков оборудования состоит в выпуске продукции, подходящей для малых и средних заводов. Тем не менее рыночный спрос на производство для крупнотоннажных заводов СПГ привлек мощных и дальновидных производителей к активным исследованиям и разработке оборудования, подходящего для заводов СПГ мощностью 3,5-5,5 млн т/год.
ВЫВОДЫ
В период 2001-2018 гг., опираясь на обширный опыт собственных разработок малых и средних заводов по производству сжиженного газа, китайская индустрия СПГ добилась значительных успехов в области разработки технологий сжижения, производства оборудования и строительства маломасштабных проектов СПГ. Одновременно накоплены достаточные технические резервы для развития крупномасштабных проектов СПГ. Китай планирует свое активное участие на мировой арене. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. Годовой отчет о рынке СПГ в Китае на 2017-2018 гг. / Zhuochuang Information. С. 6.
2. Анчжун Г., Сюешэн Л. Справочник по технологии сжиженного природного газа. Пекин: Издательство машиностроительной промышленности, 2012. 124 с.
3. 2018 World LNG Report [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.igu.org/sites/default/files/node-document-field_file/ IGU_LNG_2018_0.pdf (дата обращения: 04.03.2019).
4. Thomas С., Chrétien D. Improving Energy Efficiency of LNG Plants. WGC. 2009. P. 3.
REFERENCES
1. Annual report on the LNG market in China for 2017-2018 / Zhuochuang Information. P. 6.
2. Anzhong G., Xuesheng L. Handbook of Liquefied Natural Gas Technology, Beijing, Machine Building Industry Publishing, 2012, 124 p.
3. 2018 World LNG Report [Electronic source]. Access mode: https://www.igu.org/sites/default/files/node-document-field_file/IGU_LNG_2018_0.pdf (access date: March 4, 2019).
4. Thomas C., Chrétien D. Improving Energy Efficiency of LNG Plants, WGC, 2009, P. 3.
