Владимир Арутюнов
Внедрение малотоннажных газохимических установок создаст условия для местного производства жидкого топлива и решения проблемы 'северного завоза'.
Фото Александра Шалгина (НГ-фото)
Энергетика на пороге перемен
Но резкий взлет цен на нефть на рубеже веков ясно показал, что ситуация меняется. Предстоящий спад добычи нефти уже не является предметом дебатов и прогнозируется не позже 2010 г.
Несмотря на огромные усилия в области альтернативных источников энергии, их вклад в мировую энергетику по всем серьезным прогнозам к концу столетия не превысит несколько процентов. Реально энергетика, транспорт и нефтехимическая промышленность могут рассчитывать только на имеющиеся ресурсы газа и угля. Их доля в мировой энергетике в 2002 г. составляла примерно по 24%. Но твердое агрегатное состояние угля и большое количество примесей - от серы до тяжелых металлов - создает множество проблем и делает его менее привлекательным, чем природный газ.
Таким образом, природный газ уверенно выдвигается на передовую позицию в энергетике, в том числе как источник вторичных энергоресурсов и транспортного топлива. В 2002 г. его добыча превысила 2,5 трлн. кубометров. Доказанные мировые ресурсы газа постоянно пересматриваются в сторону увеличения и на 2002 г. составляли около 155 трлн. кубометров, а потенциальные оцениваются в 280 трлн. кубометров. Но существуют еще огромные залежи твердых газовых гидратов, содержание метана в которых превосходит традиционные запасы на два порядка и достигает 20 тысяч трлн. кубометров.
Достоверные запасы газа на территории СНГ составляют 36% мировых, а потенциальные превышают 40%. Таким образом, отечественный природный газ может в течение длительного периода обеспечивать потребности национальной экономики и оставаться объектом энергетического экспорта. Но в отличие от глобального рынка нефти, обеспечиваемого танкерным флотом, рынок природного газа привязан к существующим системам трубопроводов и имеет региональный характер. Превращение природного газа в ведущий источник энергии невозможно без решения проблемы его оперативной доставки на мировые рынки и потребителям в любой точке земного шара, а также эффективных технологий его конверсии в жидкое топливо и углеводородное сырье.
Потребность в быстром и адекватном решении этих сложнейших научно-технических задач делает газохимию одной из критических отраслей мировой энергетики.
Новые задачи - новые технологии
По уровню развития газохимия пока заметно уступает нефтехимии, а объем химической переработки природного газа (около 110 млрд. кубометров в год) составляет менее 5% его добычи. Основной промышленный способ - предварительная конверсия газа в смесь оксида углерода и водорода (синтез-газ), на что затрачивается до 70% энергии и общей стоимости производства. Поэтому современные технологии - сложнейшие многостадийные энергоемкие процессы. Фактическим порогом их экономической рентабельности является производительность в 600 тыс. тонн в год. Ее дальнейшее снижение приводит к стремительному росту удельных капвложений. В регионах со сложными климатическими условиями и неразвитой инфраструктурой при разработке средних и мелких месторождений рентабельная эксплуатация таких предприятий практически невозможна. Газовая отрасль остро нуждается в более простой технологии конверсии газа в жидкие продукты.
Основная проблема газохимии - преодоление высокой химической стабильности метана, более стабильного, чем все остальные углеводороды и целевые продукты их переработки, за исключением оксидов углерода. Поэтому на основе термодинамически равновесных процессов можно обеспечить высокую степень его конверсии только в оксиды углерода и водород, из которых затем синтезируются другие продукты. Газохимия пока использует только этот обходной путь, расплачиваясь большими затратами энергии и технологической сложностью.
Перспективный альтернативный подход - прямое неполное окисление метана в метанол при давлениях порядка 70 атм и температурах около 500 градусов. В таких условиях в достаточно больших количествах "выживают" промежуточные продукты этого сложного процесса - метанол, формальдегид и др. Оптимизация условий их получения составляет основной предмет научных и технологических усилий.
Прямое неполное окисление - это принципиально неравновесный, кинетический процесс. Принципиальным преимуществом прямого окисления является то, что в этом одностадийном процессе целевые продукты получают непосредственно в первой же стадии. Он идет с выделением тепла, то есть не требует дополнительной энергии, и не использует катализаторы. Совокупность этих факторов позволяет создавать рентабельные малотоннажные автоматизированные установки для конверсии газа в легко транспортируемые жидкие продукты непосредственно в промысловых условиях.
Приоритет газохимии для отечественной экономики
Внедрение малотоннажных газохимических установок облегчит снабжение углеводородным сырьем и топливом обширной территории России. Появится возможность более гибко и оперативно по сравнению с трубопроводным транспортом экспортировать этот энергетический ресурс на мировые, в том числе перспективные азиатские рынки. Экспорт газа на такие расстояния по трубопроводам потребовал бы фантастических затрат, а значительная его часть сжигалась бы по пути на десятках газокомпрессорных станций.
Появится возможность вовлечь в промышленную эксплуатацию примерно 600 уже разведанных малоресурсных отечественных месторождений. Для их эксплуатации нужны установки производительностью по газу от 50 млн. кубометров в год (6 тыс. м3/ч) и ниже, которые смогут использовать в качестве сырья и другие источники, например, попутный нефтяной газ или угольный метан. Отсутствие простых процессов конверсии углеводородных газов сдерживает даже проведение перспективных геологоразведочных работ на нефть, для экономического обоснования которых требуются более привлекательные планы использования газа, залегающего в нефтеносном пласте, чем сжигание или повторная закачка в пласт.
Это позволит создать условия для местного производства жидкого топлива и кардинального решения проблемы "северного завоза" топлива объемом 9 млн. тонн в год.
Будет создана научная, технологическая и промышленная база для производства альтернативного топлива, отвечающего жестким европейским стандартам и способного плавно заместить истощающиеся нефтяные ресурсы, а отечественные производители химического оборудования получат возможность выхода на мировой рынок с новой наукоемкой технологией.
Создание и широкое внедрение малотоннажных установок переработки углеводородных газов - наиболее эффективный и наименее затратный путь достижения Россией целей, предусмотренных условиями Киотского протокола по снижению эмиссии парниковых газов. Такое оборудование позволило бы стране экономически оправданным образом погасить огромное число факелов, в которых ежегодно сгорает около 40 млрд. кубометров углеводородных газов. Помимо экономии ценнейшего сырья, с точки зрения воздействия на климат это эквивалентно снижению эмиссии углекислого газа более чем на триллион кубометров.
Перенасыщенность мирового рынка предложениями в области конверсии углеводородных газов в жидкие продукты при крайне низкой активности в их реализации отражает потребность в смене базовой технологии, уже не отвечающей современным условиям, а тяга к гигантизму - симптом развития в тупиковом направлении. Только создание принципиально новой технологии, основанной на отечественных исследованиях и разработках, способно вывести Россию на лидирующие позиции в такой критически важной области, как газохимия и освоение новых видов энергоносителей. Но для создания технологий современного уровня необходимо выделение газохимии в ранг приоритетного направления государственной научно-технической политики.
