Так, страна должна не только преодолеть существующие на газовом рынке ограничения, но также обеспечить ресурсную базу, развить соответствующую инфраструктуру, решить логистические проблемы и принять необходимые законодательные меры, регулирующие строительство подобных масштабных проектов.

Эти задачи связаны с реализацией долгосрочной программы развития производства СПГ, которая определяет цель к 2035 году – нарастить производство до 140 млн тонн в год. О перспективах доступа к оборудованию, компетенциям и технологиям, а также о том, как РФ может справиться с непростыми вызовами современности, рассказал Владимир Репетов, руководитель проектов IAS Engineering & Consulting.

Пути монетизации природного газа

Ограничения на газовом рынке

Традиционное сложившееся направление монетизации российского газа – экспорт через трубопроводный транспорт в направлении на «Запад». В последние годы на пути монетизации природного газа РФ возник ряд ограничений. 

Ряд прежних ключевых рынков сбыта недоступны. 

Оставшиеся действующие рынки сбыта характеризуются ограниченной емкостью. Причиной выступает проектные пропускные способности трубопроводного транспорта по действующим направлениям экспорта. 

При перспективном планировании экспорта газа в обязательном порядке за несколько лет до начала разработки месторождений и добычи природного газа рассматривается многовариантность разработки ресурсных баз. 

На фоне физических ограничений в виде пропускной способности направлений экспорта газа и без сокращения перспективных планов разработки ресурсной базы складывается избыток природного газа.

Как следствие совокупности ограничивающих факторов снижается добыча газа.

Альтернативные направления

Во избежания схлопывания газового рынка необходимо стремиться находить альтернативные направления монетизации российского природного газа. 

Перспективные ресурсные базы, не реализованные на традиционных направлениях экспорта газа, оказываются высвободившимися объемами газа для монетизации на других экспортных рынках.

Второе альтернативное направление монетизации газа — диверсифицировать конечный продукт на основе природного газа в продукты с большей добавленной стоимостью.

Образ проекта по монетизации природного газа

С привязкой к объемам переработки газа видятся два образа проектов по монетизации природного газа. Чтобы обеспечивалась эффективная монетизация газа, емкость ресурсной базы должна соответствовать планируемым объемам и направлениям переработки газа. Объемы производства продукции на основе природного газа с большей добавленной стоимостью должны соответствовать потенциальной емкости ниши на рынке, на котором планируется реализация продукции.

Рисунок 1. Варианты монетизация до 2 млрд м³/год природного газа

При производстве газохимической продукции объемы монетизации природного газа могут составлять до 2 млрд м³ газа/год.

Объемы производства газохимической продукции приведены с учетом рыночных ограничений. 

При переработке газа в метанол из 2 млрд м³ газа производится около 2 млн тонн метанола. 

Аналогичный баланс составляется при производстве аммиака. Из 1 млрд м³ газа производится около 1 млн тонн аммиака.

Для производства 1,75 млн тонн карбамида потребуется 1,2 млрд м³ газа.

Рисунок 2. Варианты монетизация до 30 млрд м³/год природного газа

При производстве СПГ объемы монетизации природного газа могут составлять до 30 млрд м³ газа/год и более. Данные объемы сопоставимы с объемами экспорта газа по трубопроводному транспорту.

Технологии сжижения природного газа

Общее представление о процессе сжижения природного газа

За период существования мировой индустрии СПГ было разработано множество различных технологий сжижения. Принцип действия всех технологий производства СПГ основан на последовательном охлаждении потока сырьевого газа (использование холодильных циклов).

Холодильный цикл представляет собой замкнутый процесс, состоящий из последовательных процессов сжатия и расширения рабочего вещества, сопровождающийся его нагреванием и охлаждением. 

Глобально, холодильные циклы можно разделить на две группы: 

• в одной группе циклов рабочим веществом выступает сам сырьевой газ;
• другая группа циклов — с внешними холодильными машинами со своими рабочими веществами (хладагентами). 

В первом случае сырьевой газ высокого давления охлаждается в рекуперативных теплообменниках обратным потоком сырьевого газа, дросселируется либо детандируется до низкого давления, в результате чего образуется обратный поток холодного сырьевого газа, направляемого на сжатие и рециркуляцию, а часть потока сжижается. В настоящее время такие способы в области крупнотоннажного производства СПГ не используются ввиду их низкой энергоэффективности и малого коэффициента сжижения.

Во втором случае используются внешние холодильные машины, работающие по замкнутому циклу (контуру), которые получили применение в области мало-, средне- и крупнотоннажного производства СПГ. Благодаря использованию источника внешнего холода, коэффициент сжижения сырьевого газа может достигать 95-97%.

Таким образом, охлаждение газа до экстремально низких температур — это основной процесс для получения сжиженного природного газа. Отличия технологий заключаются в разнообразных способах получения необходимого холода.

Рисунок 3. Образ технологического цикла сжижения газа

Варианты технологических циклов по количеству холодильных контуров

Один холодильный контур

В группу с одним холодильным контуром входят следующие технологические циклы:

• Циклы с рециркуляцией метана;
• Циклы с холодильными машинами на одном смешанном хладагенте;
• Азотно-детандерные циклы (2–3 азотных детандера).

Для технологических циклов сжижения природного газа с одним холодильным контуром достигается средняя мощность технологической линии около 1 млн т/г СПГ.

Доступность технологий с одним холодильным контуром:

• Россия – одна технология;
• Китай – две технологии.

Два холодильных контура

Группу с двумя холодильными контурами составляют следующие варианты технологических циклов:

• Один чистый хладагент + рецикл метана;
• Два смешанных хладагента;
• Один чистый хладагент + один смешанный хладагент;
• Два чистых хладагента;

Для технологических циклов сжижения природного газа с двумя холодильными контурами достигается средняя мощность технологической линии ~ 6 млн т/г СПГ.

Доступность технологий с двумя холодильными контурами:

• Россия – четыре технологии;
• Китай – две технологии.

Три холодильных контура

Группу с тремя холодильными контурами составляют следующие варианты технологических циклов:

• Три смешанных хладагента;
• Три чистых хладагента;
• Два чистых хладагента + один смешанный хладагент;
• Один чистый хладагент + два смешанных хладагента.

Для технологических циклов сжижения природного газа с тремя холодильными контурами достигается средняя мощность технологической линии ~ 6 млн т/г СПГ.

Доступность технологий с тремя холодильными контурами:

• Россия – одна технология;
• Китай – одна технология.

Критическое технологическое оборудование СПГ

К критическому технологическому оборудованию для производства СПГ относится оборудование, для которого характерны определенные ограничения по доступности. 

Рисунок 4. Образ технологического комплекса по производству, хранению и отгрузке СПГ

Перечень критического технологического оборудования составляет как динамическое, так и статичное оборудование для производства СПГ.

Рисунок 5. Критическое технологическое оборудование для производства СПГ

Варианты исполнения завода СПГ

Крупнотоннажные производства СПГ реализуют продукцию с использованием морского вида транспорта. Связано это с необходимостью транспортировки больших объемов продукции и с особенностями длительного хранения СПГ. Автомобильный, трубопроводный или железнодорожный транспорт как основной способ транспортировки при отгрузке СПГ с крупнотоннажного производства не применяются.

Поэтому крупнотоннажные заводы СПГ располагаются поблизости от береговой линии и существующих морских транспортных путей. Для классического варианта конфигурации крупнотоннажного производства СПГ требуется также наличие морского отгрузочного терминала.

Кроме классического исполнения завода СПГ с береговым размещением возможны другие конфигурации, связанные со способом размещения. Это завод СПГ на основании гравитационного типа (ОГТ), а также плавучий завод СПГ (FLNG).

Завод СПГ на основании гравитационного типа (ОГТ)

Главное преимущество ОГТ – возможность постройки завода СПГ в благоприятных условиях и последующая буксировка в почти готовом к эксплуатации состоянии на дальние расстояния. Вариант конфигурации завода СПГ на ОГТ позволяет размещать завод в отдаленных регионах, в которых отсутствует развитая вспомогательная инфраструктура.

В России функционирует уникальный завод по строительству заводов СПГ на ОГТ. Единичная мощность технологической линии составляет ~ 6 млн т/год.

Рисунок 6. Образ завода СПГ на основании гравитационного типа (ОГТ)

Основанием гравитационного типа для размещения модульного завода СПГ служит плавучая платформа (нижнее строение). ОГТ включает в себя системы хранения и отгрузки СПГ и СГК, швартовки судов-газовозов.

Модульный завод СПГ, системы подключения коммуникаций к судну-газовозу, системы подключения к береговой инфраструктуре вместе составляют верхнее строение комплекса.

Плавучий завод СПГ (FLNG)

Аналогично варианту завода СПГ на ОГТ главным преимуществом плавучего завода СПГ (FLNG) является возможность постройки комплекса в благоприятных условиях и последующая буксировка в почти готовом к эксплуатации состоянии на дальние расстояния.

Строительство завода происходит на верфи, где строится корпус судна и происходит размещение модулей. Далее судно буксируют к месту, где будет осуществляться переработка газа.

Рисунок 7. Образ плавучего завода СПГ (FLNG)

Корпус плавучего завода СПГ уже включает в себя системы хранения и отгрузки СПГ и СГК.

Верхнее строение включает в себя системы отгрузки СПГ на судно-газовоз. Система генерации электроэнергии может размещаться как в составе плавучего завода СПГ (FLNG), так и на отдельной энергобарже. Вариант размещения системы энергогенерации определяется количеством технологических линий, суммарной мощностью плавучего завода и ограничениями габаритов баржи, на которой планируется размещать плавучий завод СПГ (FLNG).

В Китае имеются опыт и компетенции по строительству плавучих заводов СПГ единичной мощностью 2-3,5 млн т/год СПГ.

Варианты конфигурации технологической линии

Единая крупнотоннажная технологическая линия

В мировой индустрии СПГ классическая крупнотоннажная технологическая линия производства СПГ предполагает одну большую установку подготовки газа (включая аминовую очистку газа, осушку газа, очистку газа от ртути) и одну большую установку сжижения газа.

Рисунок 8. Единая крупнотоннажная технологическая линия мощностью 6 млн т/год СПГ

В России также реализованы проекты СПГ по данной концепции.

При конфигурации «единая крупнотоннажная технологическая линия» достигаются следующие эффекты:

• Экономия за счет эффекта увеличения масштаба;
• Меньшая занимаемая площадь.

Для конфигурации «единая крупнотоннажная технологическая линия» характерны различные ограничения доступности, которые могут повлиять на увеличение сроков реализации проекта:

• Доступны только 2 производителя крупногабаритных теплообменников СВТО;
• Доступны только 2 производителя газовых турбин с мощностью более 100 МВт;
• Невысокое количество выпускаемых единиц критического технологического оборудования данных параметров.

Комбинированная технологическая линия

Альтернативой единой крупнотоннажной технологической линии может служить конфигурация, при которой установка сжижения природного газа набирается из нескольких технологических линий меньшей мощности. 

Для установки подготовки газа большой производительности ограничения по доступности оборудования не характерны, поэтому не наблюдается необходимость разбиения её на несколько установок меньшей производительности. 

Таким образом, для установки подготовки газа сохраняется экономия за счет эффекта увеличения масштаба. А для установки сжижения митигируются возможные ограничения по доступности путем применения нескольких установок меньшей мощности.

Рисунок 9. Комбинированная крупнотоннажная технологическая линия мощностью 6 млн т/год СПГ

При конфигурации «комбинированная крупнотоннажная технологическая линия» достигаются следующие эффекты:

• Доступны более 5 производителей теплообменников ПРТ;
• Доступны более 2 производителей теплообменников СВТО;
• Доступны более 5 производителей газовых турбин с мощностью от 15 до 40 МВт;
• Высокое количество выпускаемых единиц критического технологического оборудования данных параметров;
• Профиль CAPEX смещен вправо.

Для конфигурации «комбинированная крупнотоннажная технологическая линия» формируются ухудшающие факторы:

• Большая занимаемая площадь;
• Большее количество единиц технологического оборудования.

Ухудшающие факторы конфигурации «комбинированная крупнотоннажная технологическая линия» нивелируются фактором доступности критического технологического оборудования.

Доступность компетенций

Для реализованных в России крупнотоннажных производств СПГ привлекались компетенции, недоступные либо ограниченно доступные в текущих условиях:

• Компетенции по инжинирингу;
• Компетенции по проектированию и строительству крупных технологических модулей;
• Высококвалифицированные проектные команды Подрядчика по управлению проектом.

1. Инжиниринг

В России функционирует минимум два центра компетенций по инжинирингу крупнотоннажных заводов СПГ в России.

При активной реализации новых проектов будет наблюдаться нехватка инженеров-проектировщиков. 

Данная нехватка может быть решена за счет проектных институтов нефтеперерабатывающей отрасли.

Необходимо заблаговременное планирование подготовки молодых кадров по криогенным технологиям.

2. Технологические модули

Проектирование и строительство крупнотоннажных производств неразрывно связано с компетенциями проектирования и строительства крупных технологических модулей, например модулей установки сжижения.

Рисунок 10. Образ компоновки оборудования в составе технологического модуля крупнотоннажной завода по переработке газа

Помимо известных факторов насущным является недостаточное количество строительной рабочей силы, что все чаще приводит к затягиванию сроков реализации.

В РФ недостаточно развито это направление, в связи с чем крупные модули для заводов СПГ изготавливаются в Китае.

3. Стратегия реализации

Возможным вариантом преодоления ограничивающих факторов доступности компетенций является адаптация стратегии реализации проектов строительства крупнотоннажных заводов.

При привлечении единого EPC-подрядчика в условиях ограниченной доступности компетенций и оборудования будут проявлять себя перечисленные выше факторы, характерные для стратегии укрупнения и увеличения масштаба. 

Путем распределения ответственности за отдельные технологические установки между более мелкими Подрядчиками происходит адаптация стратегии реализации проектов строительства крупнотоннажных заводов СПГ. Важно отметить, что нагрузка и ответственность проектной команды Заказчика сильно увеличится.

Рисунок 11. Образ стратегии реализации проектов крупнотоннажных заводов

Доступность технологий и критического технологического оборудования проектов газохимии

Ограничение в единичной мощности технологической линии

Практика реализации крупных высокотехнологичных производств в России основывалась на привлечении к участию мировых лицензиаров, предоставляющих технологии по производству газохимической продукции, инжиниринговые компетенции, участвующих в реализации проектов.

Прежние ключевые поставщики технологий недоступны.

В период острой востребованности альтернативных вариантов поставщиков технологий и оборудования проанализированы возможности РФ и партнеров в области газохимии.

Глубокая инвентаризация компетенций и возможностей РФ и партнеров в области газохимии и СПГ показывает, что по всем ключевым составляющим есть адекватная замена западным решениям.

В России есть ряд компаний, способных выполнить технологическую часть проекта метанола, аммиака и карбамида на базе EP.

В Китае есть EPC компании, способные реализовать проект метанола, аммиака и карбамида «под ключ».

Рисунок 12. Компетенции РФ и Китая в области технологий производства метанола, аммиака и карбамида

На основе компетенций из России и Китая имеется возможность реализовывать проекты различной единичной мощности технологических линий.

Доступные единичные мощности технологических линий составляют:

• При производстве метанола от 0,5 до 1,0 млн т/год;
• При производстве аммиака от 0,5 до 0,8 млн т/год;
• При производстве карбамида от 0,9 до 1,3 млн т/год.

В РФ и Китае осуществляются проработки по увеличению единичной мощности технологических линий газохимических производств. По перспективным проектам единичные мощности технологических линий могут составлять:

• При производстве метанола — до 1,8 млн т/год;
• При производстве аммиака — до 1,2 млн т/год;
• При производстве карбамида — до 1,7 млн т/год.

Доступность основного технологического оборудования в РФ и Китае

В рамках реализации проекта газохимического производства требуется обеспечить доступность критического технологического оборудования, к которому предъявляются специфичные требования, обусловленные условиями протекания технологических процессов.

Прежние ключевые поставщики оборудования недоступны.

Рисунок 13. Доступность основного технологического оборудования в РФ И Китае

В РФ и Китае имеются поставщики, которые обеспечивают доступность основного технологического оборудования газохимических производств и СПГ:

• Компрессоры;
• Турбины;
• Печи SMR;
• Теплообменники;
• Реакторы;
• Катализаторы;
• Криогенное оборудование;
• АСУ.

Поддержка развития СПГ и газохимии

1. Динамическое оборудование

Поддержка развития производства новых образцов динамического оборудования является критически важной.

Газовые турбины высокой мощности позволят реализовывать проекты СПГ мощностью технологических ниток мирового уровня.

2. Морской отгрузочный терминал

Морской отгрузочный терминал является важной составляющей объектов СПГ и газохимии. За последние годы наблюдается существенный рост капитальных затрат на гидротехнические сооружения по проектируемым объектам, особенно в арктической зоне.

С целью сдерживания данного тренда считаем необходимым развитие отечественного дноуглубительного флота высокой производительности.

3. Переориентация поставок газохимии на «Восток»

Производители метанола сталкиваются с проблемами переориентации на «Восток» по причине логистических ограничений и затрат.

Эффективных крупнотоннажных вариантов переработки метанола пока не просматривается. Единственной опцией диверсификации поставок метанов видится применение метанола как топлива или присадки для топлива.

Заключение

В текущих условиях у России при поддержке партнеров из Китая имеются все ресурсы для реализации крупнотоннажного завода СПГ.

Ключевым ограничением является организация логистики в новых условиях и непосредственно сбыта СПГ.

Проекты по производству аммиака и карбамида являются наиболее привлекательными и технически доступными на данный момент. Совместного российско-китайского опыта и компетенций достаточно для реализации проектов газохимии мирового уровня.

Важно развитие отечественных EPC компаний в области газохимии и СПГ.

Динамическое оборудование (газовые турбины и компрессоры) требует особого внимания и поддержки.

IAS Engineering & Consulting

Владимир Репетов, руководитель проектов Vladimir.Repetov@ias-engineering.ru

+7 904 887 22 27

Соавтор: Вячеслав Овчинников