Природный газ заменит нефть

Диметиловый эфир может быть использован в качестве экологически чистого дизельного топлива.

Арнольд ШТЕРНБЕРГ,
директор «Петронорд АГ»,
Павел МАКАРОВ,
главный технолог «Петронорд АГ», д.х.н,
Ольга СЕРГЕЕВА,
доцент РГУ им. И.М. Губкина, к.э.н.

Прогнозируемый спад добычи нефти в России на период между 2010 и 2020 гг. при одновременном увеличении спроса на моторные топлива заставляет искать различные пути решения этой проблемы. Как отмечалось нами ранее (Мировая энергетика, 2004 г. №12) интенсивное введение в эксплуатацию малодебитных и забалансовых месторождений сможет уменьшить глубину снижения добычи нефти. Однако не удается вспомнить случаи, когда бы снижалась добыча нефти подобным образом. Результаты еще не начатых поисковых работ по разведке перспективных нефтяных месторождений, их обустройство и ввод в эксплуатацию с целью компенсации снижения добычи нефти на эксплуатируемых месторождениях также представляются маловероятными.

Поэтому интересы производителей моторных топлив нацелены на поиск альтернативных источников сырья для производства моторных топлив. С учетом громадных разведанных запасов, существенно превосходящих разведанные запасы нефти, наиболее перспективным сырьем для производства моторных топлив являются природный газ и бурый уголь. В пользу такой оценки свидетельствует тот факт, что страны, испытавшие топливно-энергетический кризис, давно начали такие работы и достигли определенных положительных результатов.

Так, в Германии в 30–40-е и в ЮАР в 50–70-е годы прошлого века были созданы и эксплуатируются заводы по производству моторных топлив из угля, в США и западноевропейских странах интенсивно разрабатываются процессы производства моторных топлив из природного газа.

В данном случае мы ориентируемся на природный газ, как перспективное сырье для производства моторных топлив, принимая во внимание, что на территории России только разведанные запасы природного газа (категории А + В + С1) оцениваются в 47 трлн м³. Кроме того, в настоящее время природный газ применяется, главным образом, как экологически чистый энергоноситель при производстве тепла и электрической энергии. Доля природного газа, используемого в России в качестве сырья для химических производств, не превышает 1,5%. Все это позволяет считать перспективным использование природного газа в ближайшие годы в качестве сырья для химических процессов производства моторных топлив.

В мировой практике все процессы химической конверсии природного газа в жидкие соединения объединены в одну категорию химических процессов (Gas to Liquids –GTL).

Перспективы развития и внедрения процессов GTL в мире и в России обусловливаются следующими причинами:
• прогнозируемым на период между 2010 и 2020 гг. спадом добычи нефти при одновременном увеличении спроса на моторные топлива;


• ужесточением экологических требований к качеству моторных топлив;

необходимостью разработок отдаленных труднодоступных месторождений природного газа, расположенных на значительном расстоянии от районов потребления, при отсутствии транспортной инфраструктуры;

• размещением крупнотоннажных производств, работающих по технологии GTL, которая позволяет осуществлять транспортировку огромного энергетического потенциала потребителям по более выгодной схеме транспортировки жидких продуктов;


• размещением малотоннажных предприятий, использующих технологию GTL на малодебитных и низконапорных месторождениях природного газа. Это позволит удовлетворить потребность регионов в моторных топливах, более того GTL позволит осуществлять транспортировку огромного энергетического потенциала потребителям по более выгодной схеме транспортировки жидких продуктов;


• размещением малотоннажных предприятий, использующих технологию GTL на малодебитных и низконапорных месторождениях природного газа, позволяющим удовлетворить потребность регионов в моторных топливах и тем самым снять остроту проблемы дорогостоящих завозов.

Помимо этого такой путь эксплуатации малодебитных и низконапорных месторождений природного газа является наиболее эффективным при их эксплуатации. Получаемые по технологии GTL синтетические жидкие углеводороды превращают практически всю продукцию химической переработки природного газа в соединения, находящиеся в жидком состоянии при нормальных условиях (или легко сжижаемых при комнатной температуре) это, прежде всего:
- метанол, диметиловый эфир (ДМЭ), метилтретбутиловый эфир (МТБЭ);
- ширококипящая фракция углеводородов – синтетическая нефть (СН);
- отдельные углеводородные фракции, в том числе синтетические моторные топлива.

В настоящее время мировое производство диметилового эфира не превышает 150 тыс. т в год, который используется в качестве пропеллента в аэрозольных баллонах и как хладоагент. Перспективным представляется использование ДМЭ в качестве экологически чистого дизельного топлива. При сгорании ДМЭ в дизельном двигателе не образуется сажи, окислов серы и азота, ДМЭ характеризуется высоким цетановым числом до 60 пунктов. Однако его использование в качестве дизельного топлива требует переделки топливной системы и соблюдения герметичности топливных коммуникаций. Затраты по переоборудованию дизельного двигателя в среднем не превышают 100–150 долларов.

Однако широкое использование ДМЭ в качестве дизельного топлива потребует использования специальных резервуаров для его хранения ввиду низкой температуры кипения, которая составляет 37оС. Кроме того, теплота сгорания ДМЭ в 1,47 раза меньше, чем у нефтяного дизельного топлива, что определяет его расход во столько же раз больше при прочих равных условиях. Все эти причины осложняют его использование для замены нефтяного дизельного топлива.

Синтетическая нефть и моторные топлива по существующим в мире технологиям GTL из природного газа характеризуются экологической чистотой, так как не содержат ароматических углеводородов, серы и азота.

По основным показателям синтетическое дизельное топливо превосходит дизельное топливо, полученное из нефтяных фракций (отвечающее стандарту EN-590):
1. цетановое число более 75 пунктов, против 55;


2. содержание полиароматических углеводородов 0,1%, против 6;


3. содержание серы 0 ррm, против 50;


4. плотность 767 кг/м³, против 835.

Из приведенных данных видно, что по основным параметрам синтетическое дизельное топливо превосходит топливо, отвечающее перспективному стандарту EN-590 полученному из нефтяных фракций.

Полученная из природного газа по технологии GTL синтетическая нефть превосходит по основным характеристикам основные марки нефтей: арабскую, Brent, суматранскую легкую. Синтетическая нефть содержит на два порядка меньше серы и азота, и превосходит указанные нефти по содержанию дизельных фракций на 5–10 процентов.

Приведенные примеры показывают высокие характеристики синтетической нефти и дизельного топлива. С учетом того, что перспективные стандарты по дизельному топливу направлены на существенное уменьшение содержания серы с 0,2% до 0,05 и 0,035%, а содержания ароматики – не более 6,0%, синтетическая нефть и дизельное топливо являются более предпочтительными.

В настоящее время крупные нефтяные компании предпринимают интенсивные попытки по созданию конкурентоспособных технологий переработки природного газа в синтетические топлива.

Все существующие и разрабатываемые технологии GTL, предназначенные для производства синтетических жидких углеводородов, в том числе и моторных топлив, являются многостадийными, состоящими, как минимум, из трех стадий, каждая из которых является отдельным процессом.

В производствах моторных топлив по технологии GTL используются следующие известные технологии, которые комбинируются в две основные группы.

Первая
- Переработка природного газа в синтез-газ по процессу Фишера-Тропша.
- Облагораживание углеводородных фракций и получение моторных топлив.

Вторая
- Переработка природного газа в синтез-газ.
- Получение диметилового эфира из синтез-газа.
- Получение моторных топлив из диметилового эфира.

Во всех производствах, работающих по технологии GTL, первой и наиболее капиталоемкой стадией является переработка природного газа в синтез-газ (смесь водорода и окиси углеродов в определенном соотношении). Это самая энергоемкая стадия технологии GTL, на долю которой приходится 60–70% из общих капитальных затрат.

На второй стадии (по первому варианту производства синтетических моторных топлив) синтез-газ в присутствии катализаторов превращают в многокомпонентную газожидкостную смесь углеводородов (преимущественно парафиновых). Капитальные затраты на этой стадии составляют 20–25% от стоимости всего производства. На третьей стадии осуществляется облагораживание газожидкостной смеси углеводородов (процессы гидрирования, гидрокрекинга, гидроизомеризации и ректификации). Капитальные затраты на эту стадию составляют 5–15 процентов.

В настоящее время в эксплуатации находится несколько заводов по производству синтетических моторных топлив из природного газа, среди которых наиболее мощными являются Synthol (ЮАР), Royal Dutch/Shell (Малайзия). В 2002 г. мировое производство синтетических моторных топлив не превышало 2 млн т (0,16% от суммарной выработки бензина и дизельного топлива в мире).

При реализации всех намеченных проектов строительства заводов синтетических моторных топлив по технологии GTL уже в начале ХХI в. объем их продукции может составить 17 млн т/год (1,4% от объема производства бензина и дизельного топлива в мире).

Следует отметить, что в России не существует реализованного в промышленном масштабе современного производства синтетических моторных топлив по технологии GTL.

Журнал «Мировая энергетика»