Время заправляться синтетикой

История синтетического жидкого топлива (СЖТ) началась с открытия в 1923 г. немецкими химиками Францем Фишером и Хансом Тропшом процесса каталитического превращения синтез-газа (смеси оксида углерода и водорода) в жидкие углеводороды. На базе этих технологий в Германии в 30-е годы были построены заводы по производству СЖТ из угля.

Олег БРАГИНСКИЙ,
Центральный экономико-математический институт РАН, д.э.н., профессор

В последние годы крупное производство СЖТ из угля было освоено в ЮАР компанией Sasol. К настоящему времени мощности установок компании Sasol по производству СЖТ из угля составляют несколько миллионов тонн.

В Новой Зеландии в 1985 г. компания Mobil ввела в эксплуатацию первый промышленный агрегат по производству СЖТ из природного газа. Процесс осуществлялся в две стадии: синтез метанола и получение из метанола СЖТ. Однако из-за высоких издержек производства вторая стадия процесса (т.е. непосредственное производство СЖТ) была законсервирована, а компания Mobil продала эту установку специализированной компании по выпуску метанола (Methanex), которая в настоящее время производит на ней только метанол.

Сегодня в мире действуют два крупных завода по производству СЖТ из природного газа, принадлежащие компаниям Sasol в Моссель-Бей (ЮАР) мощностью 1,15 млн т в год и Shell в Бинтулу (Малайзия) мощностью 625 тыс. т в год. Оба предприятия введены в эксплуатацию в 1993 г. Завод компании Shell из-за аварии в декабре 1997 г. был остановлен, но после ремонта и реконструкции вновь начал функционировать в 2001 г. В США работают пилотные и опытно-промышленные установки: компании Exxon в г. Батон-Руж (шт. Луизиана); компании Syntroleum в г. Тулса (шт. Оклахома); компании British Petroleum в г. Никиски (шт. Аляска); компании Conoco Inc. в г. Понса-Сити (шт. Оклахома); компании Rentech Inc. в г. Коммерс-Сити (шт. Колорадо).

Интерес к технологиям производства СЖТ, по международной терминологии именуемым технологиями GTL (gas-to-liquids, газ в жидкость) периодически усиливался в период резкого подъема цен на нефть. Однако в последнее время он не ослабевал даже тогда, когда нефтяные котировки снижались до предельно низкого уровня 10–12 долл./барр. (с конца 1997 до середины 1999 г.). Теперь же, когда цены на нефть снова установились на высоком уровне, проблема производства СЖТ от дискуссий перешла к стадии практической реализации крупных проектов.

В чем заключается интерес многих стран и крупнейших нефтегазовых компаний мира к СЖТ из природного газа и технологиям его производства? Во-первых, развитие технологий GTL связано с освоением труднодоступных месторождений природного газа, традиционный способ подключения которых к газовым рынкам посредством магистральных газопроводов либо технически, либо экономически нецелесообразен. Подобные месторождения еще называют «запертыми». Технологии GTL позволяют газодобывающим странам превращать в востребованный продукт большие запасы газа, которые раньше считались экономически невыгодными («монетизация» запасов).

Во-вторых, технологии GTL могут использоваться при эксплуатации относительно небольших месторождений, находящихся в отдаленных, но промышленно развивающихся районах, куда приходится завозить (иногда и авиацией) нефтепродукты и моторные топлива. Затраты на доставку грузов столь высоки, что производимые на малогабаритных установках СЖТ оказываются более дешевыми, чем дальнепривозные нефтяные моторные топлива.

В-третьих, резко возросли требования к экологическим характеристикам моторных топлив и нефтепродуктов. Для удовлетворения ужесточающихся экологических требований нефтяникам во всем мире приходится расходовать миллиарды долларов. Технологии GTL позволяют получать моторные топлива, отвечающие самым жестким экологическим стандартам, поскольку такие топлива практически не содержат серы, имеют незначительное содержание ароматики. Применение экологически чистых СЖТ не потребует больших дополнительных затрат, так как может быть использована действующая инфраструктура потребления нефтяных моторных топлив (танкеры, терминалы, хранилища, АЗС). В случае применения топлив, полученных по технологии GTL, не нужно будет переделывать транспортные средства. Для таких видов СЖТ, как диметиловый эфир (ДМЭ), который является отличным дизельным топливом, имеющим высокое цетановое число и не содержащим серы, потребуется произвести небольшую переделку транспортных средств, после чего можно будет использовать систему заправки, созданную для пропан-бутанового топлива.

Технология получения СЖТ содержит три стадии: конверсия природного газа в синтез-газ (смесь оксида углерода и водорода); превращение синтез-газа в жидкие продукты (синтез Фишера-Тропша); получение товарных продуктов (прямогонного бензина, экологически чистого дизельного топлива, высокомолекулярных парафинов).

Технологии получения ДМЭ разработаны датской фирмой Haldor Topsoe, американской компанией Air Products and Chemical Inc., японской компанией NKK Corp.

Технологии отличаются конструктивными решениями по каждой из стадий, применяемым каталитическим системам, номенклатуре и соотношениям выхода целевой продукции.

Каждая из компаний, работающих в области технологий GTL, считает свою разработку лучшей. Из-за применения различных методик расчета технико-экономических показателей, разных условий реализации проекта (реконструкция действующего производства, использование имеющейся инфраструктуры, строительство «в чистом поле») сравнение технико-экономических показателей указанных технологий затруднено. Ряд консалтинговых фирм выполнили подобные сравнения в сопоставимых условиях и получили достаточно близкие результаты, не позволяющие дать однозначный ответ: какая технология лучше.

Анализ технико-экономических показателей проектов промышленных установок по производству СЖТ показал, что, во-первых, приемлемые показатели (норма рентабельности проекта порядка 15–20%) достигаются при низкой цене природного газа (порядка 18–25 долл./тыс. м3). Во-вторых, производство СЖТ капиталоемкое (наиболее капиталоемкой стадией является получение синтез-газа), но в нем огромное значение имеет эффект масштаба (удельные затраты существенно снижаются при увеличении мощности установки). В-третьих, улучшение технико-экономических показателей происходит при использовании содержащихся в природном газе углеводородов (этана, пропана, бутанов) и извлечении попутно добываемого с газом газового конденсата.

В настоящее время объявлено несколько проектов сооружения крупных промышленных установок по производству СЖТ в Катаре, Нигерии, ЮАР, Австралии, Тринидаде и Тобаго, Чили, Малайзии, Иране, на Аляске. Из наиболее крупных проектов, по которым уже ведется строительство, следует назвать проекты компаний Sasol–Chevron под названиями ORIX в Катаре и Escravos в Нигерии. Суммарные затраты по каждому проекту оценены в 800 млн долл., мощность – 1,5 млн т/год СЖТ. Пуск заводов ожидается в 2005–2006 годах.

Наиболее амбициозную программу создания крупных предприятий по производству СЖТ имеет Катар. Кроме завода, сооружаемого компаниями Sasol–Chevron (проект ORIX), американская Conoco-Philips подписала контракт на сумму 5 млрд долл. с катарской государственной компанией Qatar Petroleum о создании в 2009– 2012 гг. завода по производству СЖТ мощностью 8 млн т/год (1-я очередь – 4 млн т/год). Еще один проект в Катаре (суммарная мощность двух заводов – 7 млн т/год) намерена осуществить в период 2007–2011 гг. компания Royal Dutch/Shell. Обсуждаются также совместные проекты катарской государственной компании Qatar Petroleum с американской Marathon Oil (мощность 5 млн т/год СЖТ). Японская компания Toyo Engineering разработала проект завода по производству ДМЭ с целью использования этого вида альтернативных топлив для энергетических целей.

По прогнозам экспертов консалтинговой компании Chem Systems, международные масштабы производства СЖТ в 2005 г. составят 2,5 млн т, 2010 г. – 15 млн т, 2015 г. – 32–75 млн т, 2020 г. – 32–90 млн т. Это, конечно, немного (всего несколько процентов от объема мирового спроса на моторные топлива), но экологически чистые СЖТ можно будет использовать не только непосредственно, но и для смешения с традиционными нефтяными топливами с целью улучшения экологических характеристик последних.

А что же Россия, имеющая огромные запасы газа, в т.ч. на «запертых» месторождениях? Как обстоят дела в России с разработкой и реализацией технологий GTL?

По части разработки технологий успехи есть. Хорошие результаты получены в лабораториях академических институтов (Институт органической химии (ИОХ), Институт нефтехимического синтеза (ИНХС), Институт катализа СО РАН, Институт высоких температур (ИВТРАН), Институт физической химии (ИФХ им. Карпова), а также в отраслевых институтах и исследовательских организациях компаний. Большинство разработок являются пионерными, реализованными на лабораторных установках. Отдельные новации прошли опытные испытания. Однако пока ни одна из разработок не реализована в опытно-промышленном и тем более в промышленном масштабе.

Факторами «за» развитие производства СЖТ в России являются: наличие крупных месторождений дешевого природного газа; возможность вовлекать в переработку запасы газа, до этого считавшиеся малодоступными; наличие собственных технологических наработок и возможность приобретения зарубежных технологий; возможность использования технологических модулей высокой степени заводской готовности; получение моторных топлив с улучшенными экологическими характеристиками; возможность производить моторные топлива в районах газодобычи, куда раньше завозили дальнепривозное и дорогое топливо; наличие мотивации у российских компаний как у крупнейших (в частности, у Газпрома), так и у средних и мелких независимых нефтегазовых компаний.

Факторами «против» являются: высокая капиталоемкость производства СЖТ; чрезвычайно сложные условия строительства заводов в районах нахождения «запертых» месторождений (вечная мерзлота, суровый климат, отсутствие инфраструктуры); отсутствие опыта доставки получаемой продукции потребителям.

Тем не менее проблема создания в России производства СЖТ может быть решена. Однако для этого потребуется несколько этапов. На первом могут быть созданы относительно небольшие предприятия (демонстрационные установки) для отработки технологий, обучения персонала, испытания полученных продуктов. На втором этапе могут быть созданы установки средней мощности для обеспечения экологически чистым топливом отдельных регионов и, в первую очередь, мегаполисов. На третьем – речь уже может пойти о сооружении крупных установок на базе месторождений Ямала, Восточной Сибири, арктического шельфа.

Уже работают опытные и опытно-промышленные установки получения СЖТ. На базе опытно-промышленной установки по производству диметилового эфира компания ЕвроХим совместно с правительством Москвы предполагает создать на Новомосковском заводе «Азот» промышленную установку для обеспечения экологически чистым дизельным топливом столицы и области. Учитывая достаточно благоприятные показатели работы опытно-промышленной установки, можно предположить, что на промышленной установке за счет эффекта масштаба и имеющейся инфраструктуры действующего завода будут достигнуты благоприятные производственно-финансовые показатели.

В настоящее время разработано несколько технологий получения СЖТ:
● нефтяной компании Shell – усовершенствованная технология, реализованная на реконструированном заводе в г. Бинтулу (Малайзия) мощностью 650 тыс.т/год;
● компании Sasol – реализованная на заводе в г. Секунда (ЮАР) мощностью 1 млн т/год; усовершенствованная в процессе сотрудничества с компанией Chevron и реализованная на пилотной установке в Моссель-Бэй (ЮАР) мощностью 70 тыс.т/год;
● нефтяной компании Exxon Mobil, реализованная на опытной установке в г. Батон-Руж (США- мощностью около 10 тыс.т/год;
● нефтяной компании ConocoPhilips, реализованная на пилотной установке в г. Понса-Сити (США- мощностью 10 тыс.т/год;
● нефтяной компании British Petroleum, реализованная на пилотной установке в г. Никиски (Аляска, США- мощностью 10 тыс.т/год;
● норвежской нефтяной компании Statoil реализованная на опытно-промышленной установке мощностью 43,6 тыс.т/год;
● итальянского энергетического концерна ENI (в сотрудничестве с Французским институтом нефти-, реализованная на пилотной установке мощностью 10 тыс.т/год;
● технологической компании Syntroleum, реализованной на пилотной установке в г. Тулса (США- мощностью 10 тыс.т/год;
● технологической компании Rentech, реализованная на опытно-промышленной установке в г. Коммерц-Сити (США- мощностью 40 тыс. т/год.

Журнал «Мировая энергетика»