Лапидус и др. Газы 2 части

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности

0 1 -

История развития магистрального транспорта газа

В России магистральный транспорт газа, как самостоятель­ ная отрасль газовой промышленности, сложился лишь к началу 60-х годов XX века. К этому времени общая протяженность ма­ гистральных газопроводов была невелика и составляла всего 12,0 тыс.км. Из крупных газопроводов действовал лишь первый, построенный в СССР газопровод «Саратов-Москва» (1946г.), а также газопроводы «Ставрополь - Москва», «Дашава - Киев - Брянск - Москва» плюс несколько небольших газопроводов в Ленинградской, Куйбышевской (ныне Самарской), Саратовской и Волгоградской областях.

Последующие 10 лет (1960 - 1970гг.) характеризовались интенсивным строительством новых газопроводов. В это деся­ тилетие было построено более 30,0 тыс. км. магистральных га­ зопроводов, в т.ч. известные газопроводы «Средняя АзияЦентр», «Ростов-Донецк», «Бухара-Урал», «СерпуховЛенинград». Причем если раньше строились единичные газо­ проводы для газоснабжения отдельных районов страны, то к концу 60-х годов уже ставился вопрос о создании связанных систем, относящихся к крупнейшим газодобывающим районам страны.

К началу 80-х годов из отдельных газотранспортных маги­ стралей в СССР сформировалось несколько систем магистраль­ ных газопроводов: в Центральную систему вошли газопроводы «Северный Кавказ - Центр», «Ростов - Донецк», «Московский кольцевой газопровод», «Серпухов - Ленинград» и др.; в Вос­ точно-Украинскую систему - газопроводы, берущие начало от одного из крупнейших в СССР Шебелинского месторождения газа: «Шебелинка - Полтава - Киев», «Шебелинка -Харьков - Белгород - Брянск-Москва», «Шебелинка -Днепропетровск - Одесса» и др.; в Западную систему, базирующуюся на месторо­ ждениях газа Западной Украины, вошли газопроводы «Дашава - Брянск», «Дашава - Минск-Вильнюс-Рига» и др.; в Поволжскую систему вошли газопроводы «Саратов - Москва», «Саратов - Горький (Нижний Новгород) - Череповец», «Коробки - Сторожевка», а также газопроводы, берущие начало от месторожде­ ний Астраханской области; в Кавказскую систему - газопроводы «Ставрополь - Грозный», «Карадаг - Акстафа - Тбилиси - Ере­

- 52-

.A.J1. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

ван», «Орджоникидзе (Владикавказ) - Тбилиси» и др. Кроме то­ го, на базе газовых месторождений Узбекистана сформирова­ лись Среднеазиатская и Уральская системы магистральных га­ зопроводов.

В эти годы началась большая работа по кольцеванию маги­ стральных газопроводов для создания единой системы транс­ порта газа, а также существенному расширению городских газо­ вых сетей. Весомый вклад в развитие газовой отрасли внес пер­ вый Министр газовой промышленности СССР А.К. Кортунов.

Современное состояние и перспективы развития С открытием в 70-х годах новых газовых месторождений на

севере западной части Сибири (прежде всего, Вуктыльское, а позже Ямбургское и Уренгойское) начался новый весьма бур­ ный этап развития газовой промышленности в целом и газо­ транспортной системы, в частности. Причем в известной мере этот этап продолжается и до сих пор.

Природный газ двумя мощными потоками по многониточ­ ным магистралям большого диаметра «Ямал-Европа» и «Про­ гресс», берущим начало от газовых месторождений Вуктыла (северная часть Урала, район ТиманоПечорского кряжа), Ямбурга и Уренгоя (район Обской губы) устремляется через цен­ тральную часть России на запад и юго-запад, в страны Европы - Германию, Венгрию, Румынию, Югославию, Италию и Фран­ цию, а также в Турцию. Протяженности газопроводов «ЯмалЕвропа» и «Прогресс» в окончательном варианте составят более 6,0 тыс. км каждый; по ним будет транспортироваться более 100 млрд. м1газа в год.

Недавно построен и введен в эксплуатацию уникальный газопровод «Голубой поток», обеспечивший поставку россий­ ского природного газа в Турцию. Общая протяженность газо­ провода «Голубой поток» составляет 1200 км, из них 373 км (D = 1420 мм) по сухопутной территории России, 396 км - по дну Черного моря на глубинах до 2000 м (самый глубоководный трубопровод в мире) и 444 км (D = 1168 мм) по территории Турции. Ставятся задачи о развитии существующих систем и создании новых.

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности.

- 53-

В странах Европы существует развитая газотранспортная система. К началу 2000-х годов протяженность магистральных газопроводов составила около 140 тыс. км, а общая протяжен­ ность газотранспортной сети - 1,2 млн. км. На первом месте в этом списке стоит Германия (55 тыс. км магистральные и 285 тыс. км - распределительные); на втором месте - Великобри­ тания (18 тыс. км магистральных и 260 тыс. км - распредели­ тельные); на третьем месте - Италия (29 тыс. км - магистральные и 175 тыс. км - распределительные).

Высокий уровень потребления природного газа в странах Европы предопределяет строительство новых газопроводов для транспортирования дополнительных объемов газа, как от внеш­ них экспортеров (России, Северной Африки), так и от внутрен­ них (Норвегии, Нидерландов и Великобритании). Если говорить укрупненно, то на рынке Западной Европы главными поставщи­ ками газа являются Россия и Норвегия. По данным "Oil and Gas Journal", в перспективе протяженность газопроводной сети Ев­ ропы должна возрасти почти на 25 тыс. км.

В развитие уже имеющихся планов экспортных поставок российского природного газа на европейский рынок предполага­ ется разработать проекты разветвления газотранспортной систе­ мы «Ямал-Европа» с целью последующего подключения к ней:

-южноевропейского транзитного коридора (в Италию, Швейцарию, Словакию, Венгрию и Словению); балканского транзитного коридора (в Болгарию, Румынию, Молдавию, Ал­ банию, Македонию, Грецию и Турцию);

-североевропейского транзитного коридора (в Финляндию, Швецию и Данию).

Транспортирование газа через Финляндию и Балтийское море в Германию предполагается по Североевропейскому газо­ проводу. После завершения строительства этой газотранспорт­ ной системы потребителями российского газа станут прибреж­ ные государства Балтийского моря, а также страны континен­ тальной Европы и Великобритания.

Крупнейшая в мире газодобывающая компания ОАО «Газ­ пром» эксплуатирует самую протяженную в мире систему газо­ проводов (ЕСГ - Единая система газопроводов). Она включает в себя 149 тысяч километров магистральных газопроводов, 246

- 54- ........................................

АЛ. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

компрессорных станций, включающих 693 компрессорных цеха и более чем 4050 агрегатов общей установленной мощностью 42 млн. кВт, 22 объекта подземного хранения газа, более 3400 газораспределительных станций. Она позволяет транспортиро­ вать около 600 млрд. м3 газа в год. ОАО «Газпром» осуществля­ ет экспортные поставки газа при дальности более 4 тыс. км, а средняя дальность транспортировки газа потребителям в России - 2,5 тыс. км.

Что касается физического состояния российских газопрово­ дов, то 57% из них эксплуатируются от 10 до 30 лет, а 16% от­ работали свой нормативный срок - 30 лет. 15% парка газопере­ качивающих агрегатов выработали свой расчетный ресурс - бо­ лее 100 тысяч машино-часов.

Общее устройство системы магистрального транспорта газа

Система магистрального транспорта газа состоит из перио­ дически повторяющихся элементов «компрессорная станция - участок газопровода». По участку газопровода газ движется от сечения с большим напором к сечению с меньшим напором (на­ пор уменьшается вследствие потерь энергии на трение, поэтому через некоторые расстояния (100-150 км.) на трубопроводах ус­ танавливают устройства, повышающие напор, - компрессорные станции (КС). Часть существующих в России газопроводов рас­ считана на максимальное давление 64 атм, часть - на более вы­ сокое - 75 атм; в перспективе рассматривается возможность создания газопроводов с давлением до 100-120 атм.

Терминалами (т.е. конечными пунктами) магистральных газопроводов являются либо газораспределительные станции (ГРС) либо подземные хранилища газа (ПХГ).

Газораспределительные станции предназначены для сниже­ ния давления газа (редуцирование давления), дополнительной очистки и одоризации, регулирования и учета количества газа, отпускаемого потребителям. Основным элементом ГРС является узел редуцирования давления путем пропускания газа через дроссельное устройство, он содержит также регулирующее уст­ ройство, по большей части мембранного типа, которое поддер­ живает давление на выходе ГРС на заданном уровне.

Подземные хранилища газа предназначены для длительного или краткосрочного хранения газа, подводимого к ним по маги­

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности

О J -

стральным газопроводам. Подземные газохранилища обеспечи­ вают надёжность потребления газа в случае аварийных ситуа­ ций, а также необходимы для создания долгосрочных (резерв­ ных) запасов газа.

Их число в Западной и Восточной Европе достигает 130. В настоящее время ОАО «Газпром» на территории России, Ук­ раины, Латвии и Германии имеет 22 газохранилища объемом более 100 млрд. м3 и суточной производительностью 650 млн. м3, что обеспечивает бесперебойную работу газотранспортной сис­ темы. Созданная в России система газохранилищ позволяет обеспечить 15% годового объема потребления российских по­ требителей газа и 12% объема экспортных поставок. В США отношение активного объема газохранилищ к годовому потреб­ лению примерно такое же - 14%. В более зависимых от импорт­ ных поставок газа европейских странах это отношение выше: Германия - 20%, Италия - 26%, Франция - 29%, Австрия - 36%.

Транспортировка сжиженного природного газа

Наиболее вероятно, что в ближайшие 10-20 лет природный газ станет приоритетным энергоносителем. В России, где доля нефтяного мазута в топливном балансе занимает 10%, предстоит либо построить дополнительные газотранспортные системы, либо в районе добычи природного газа создать мощности по производству сжиженного продукта (СПГ) для использования его как энергоносителя.

Технология сжижения газа весьма сложна и дорогостояща. Главная сложность состоит в том, что для превращения природ­ ного газа в жидкость необходимо охладить его более чем на 100°С ниже нуля, и далее транспортировать в особых сосудах (танках) со сложной технологией поддержания газа в жидком агрегатном состоянии. Несмотря на то, что такая технология существует и даже практически реализуется, во многих случаях она проигрывает, с экономической и технологической точек зрения, транспорту газа более стандартным способом, т.е. по газопроводам.

Производство и торговля СПГ начала развиваться с начала 1960-х. За последние 5 лет мощности по производству СПГ вы­

- 56-

.А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

росли на 31%, с 103 млн. т в 1998г. до 135 млн. т в 2002г. На ко­ нец 2002г действовало 17 экспортных терминалов, обслужи­ вающих 70 линий по производству СПГ. Основные страны экс­ портеры и импортеры СПГ показаны в таблице 19.

Т а б л и ц а 1 9 . Основные страны экспортеры и импортеры

СПГ в 2002г. (по данным Oil & Jas J, 2003)

Страны-экспортеры СПГ			Страны-импортеры СПГ
Страна	млн. т	Доля, %	Страна	млн. т	Доля, %
Индонезия	26,45	23,42	Япония	54,25	48,03
Алжир	20,53	18,18	Корея	17,84	15,80
Малайзия	14,95	13,24	Франция	10,57	9,36
Катар	13,73	12,16	Испания	10,26	9,09
Австралия	7,37	6,52	США	4,83	4,28
Бруней	6,82	6,04	Пуэрто-	0,46	0,41
			Рико
Нигерия	5,84	5,17	Тайвань	5,36	4,75
Абу-Даби	5,11'	4,53	Турция	3,70	3,28
Тринидат и	3,99	3,53	Бельгия	2,73	2,41
Тобаго			Италия	2,55	2,26
Оман	6,33	5,60
США	1,33	М7	Греция	0,38	0,34
Ливия	0,5	0,44		112,94
Всего	112,94	100,0	Всего		100,0

В 2002г. более 140 танкеров перевозили СПГ. Это наиболее дорогостоящие торговые суда, стоимость которых втрое превос­ ходит стоимость нефтяных танкеров аналогичного тоннажа. По мнению экспертов мировое производство СПГ будет быстро нарастать, а капитальные затраты на ввод новых мощностей превысят в ближайшие годы 40 млрд. долл. На этот период уже анонсированы проекты строительства 37 новых линий по произ­ водству СПГ. Эти проекты могут быть выгодны для транспор­ тировки газа от отдаленных, труднодоступных, находящихся в условиях сурового климата месторождений.

Сейчас удельные капитальные вложения на установку сжи­ жения составляют 180-220 долл./т сжиженного газа в год, а се­ бестоимость получения сжиженного газа оценивается в

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности.

- 57-

250-400 долл./т без учета его транспорта. Затраты на танкерную транспортировку сжиженного газа составляют 40-83 долл./т, стоимость наземной транспортировки на 1000 км ~ 50 долл./т. В течение проектного срока службы одна линия СПГ с эконо­ мически обоснованной мощностью для покрытия собственных нужд потребляет до 140 млрд. м3 газа. Таким образом, в настоя­ щий момент сжижение газов представляет собой весьма дорого­ стоящую операцию.

На Южном Сахалине вблизи г. Корсаков ведется сооруже­ ние первого в России и одного из крупнейших в мире завода по сжижению природного газа и обслуживающего его экспортного терминала. Завод будет иметь две производственные линии суммарной производительностью 9,6 млн. т/год.

Производство синтетических жидких топлив из природного газа, их транспортировка и использование

Во многих газодобывающих странах имеются большие за­ пасы природных газов, находящиеся в труднодоступных рай­ онах, удаленных от мест потребления. Строительство магист­ ральных газопроводов в этом случае часто оказывается техниче­ ски либо экономически нецелесообразным.

Обеспечение России природным газом и развитие газовой промышленности России в ближайшем будущем связано с ос­ воением отдаленных, труднодоступных месторождений, распо­ ложенных в недрах арктических морей и районах континенталь­ ного шельфа. Освоение этих месторождений невозможно без разработки коммерчески привлекательной схемы транспортиро­ вания извлекаемого углеводородного сырья потребителям СНГ и Западной Европы. Создание трубопроводной системы транс­ порта газа из указанных районов чрезвычайно дорого из-за больших расстояний и сурового климата. Строительство только одной нитки газопровода, соединяющего полуостров Ямал с Ев­ ропой (расстояние свыше 3500 км) составляет около 10 млрд. долл. Кроме того, цена природного газа по мере его транспорти­ ровки возрастает на 13-15 долл./тыс. м3 на каждые 1000 км (строительство дожимающих компрессорных станций, тариф на

- 58-

.А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

транспорт и т.д.). При добыче газа на шельфе эти затраты будут еще выше. Помимо строительства магистральных трубопрово­ дов и сжижения природного газа с последующим транспортиро­ ванием в специальных морских танкерах возможными реше­ ниями задачи являются химическая переработка природного газа в смесь жидких углеводородов, в том числе моторные топ­ лива, непосредственно в районах добычи, и последующая их транспортировка по более экономичной и гибкой схеме транс­ порта жидких продуктов (танкеры, трубопроводы малого диа­ метра, железная дорога). Превращение газовых запасов в вос­ требованный потребителем продукт (называемое монетизацией запасов) весьма актуально.

Освоение больших запасов шельфовых месторождений природного газа также невозможно без разработки коммерчески оправданной схемы транспортирования этого энергетического потенциала. Для морских месторождений эта проблема ослож­ няется отсутствием надежных решений по сбору и подготовке газа. Возможными решениями этой задачи является его конвер­ сия в жидкие углеводороды, метанол или другие жидкие хими­ ческие продукты непосредственно в районах добычи.

Однако метод транспортировки энергии природного газа через синтетическое жидкое топливо (СЖТ) имеет право на су­ ществование только в случае экономического преимущества в сравнении с альтернативными методами: транспортированием природного газа по газотрубопроводным системам или в виде СПГ специальными танкерами. В зарубежной литературе техно­ логии конверсии природных газов в жидкие продукты получили собирательное наименование GTL (gas to liquid) технологий.

Еще несколько лет назад высказывалось мнение, что ника­ кой ясности с проблемой получения СЖТ по технологии GTL нет, и что потенциальное их производство следует рассматри­ вать лишь в контексте возможностей получения ультрачистого дизельного топлива для автомобилей, эксплуатирующихся в крупных городах. Теперь выявлен ряд новых предложений от­ носительно возможностей применения технологии GTL.

Речь идет о странах со значительными запасами, так назы­ ваемого труднодоступного газа, месторождения которого нахо­ дятся на больших расстояниях от районов потребления при пол­

1. Состояние и перспективы развития газоперерабатывающей промышленности.

- 59-

ном отсутствии транспортной инфраструктуры. Внедрение тех­ нологии GTL в промышленных масштабах позволяет газодобы­ вающим странам или нефтегазовым компаниям превратить в востребованный продукт те обширные запасы газа, которые раньше считалось экономически нецелесообразным добывать и транспортировать потребителю. Не менее актуальной является проблема утилизации попутного нефтяного газа, получающего­ ся совместно с нефтью на крупных, но отдаленных нефтяных месторождениях.

Железная дорога

Рис. 3. Варианты транспортировки природного газа и продуктов его переработки.

Кроме того, интерес к технологии GTL стали проявлять нефтегазовые компании, имеющие маломощные, считающиеся забалансовыми газовые месторождения, а также месторождения в стадии затухающей добычи. Строительство относительно не­ большого предприятия по технологии GTL позволило бы пол­ ностью удовлетворить потребность региона в топливе и нефте­ продуктах, сняв проблему дальнего и дорогостоящего завоза.

В качестве перспективного способа транспортировки угле­ водородного потенциала природного газа из арктических регио­ нов России в настоящее время рассматривается возможность его

- 60-

.АЛ. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагфаров. ГАЗОХИМИЯ

конверсии в жидкие или более легко сжижаемые продукты, та­ кие как синтетические жидкие углеводороды (СЖУ), метанол, диметиловый эфир или этилен непосредственно в районах до­ бычи и перевозка этих жидких продуктов морским надводным или подводным транспортом.

Оценки показывают, что помимо существенной разницы в объеме необходимых капвложений и энергозатрат на транспор­ тировку потребитель получит гораздо более ценный и востребо­ ванный продукт.

Ряд стран, располагающих значительными ресурсами при­ родного газа и по географическим условиям лишенных возмож­ ности пользоваться трубопроводным транспортом для доставки его потребителям, для развития своего экспортного потенциала уже активно используют (Малайзия, Тринидад) или ведут ак­ тивную подготовку к использованию (Нигерия, Катар, Австра­ лия) конверсии газа в такие жидкие продукты, как СЖУ или ме­ танол.

Таким образом, существует три варианта получения потре­ бителем углеводоррдного газового сырья.

Первый вариант - прокладка и эксплуатация газопроводов, этот вариант освоен и широко используется, в том числе в России.

Второй вариант - производство, транспортировка и потреб­ ление сжиженного природного газа (СПГ) - освоен в некоторых странах-производителях (Индонезия, Малайзия, США, Нигерия, Ливия, ОАЭ, Оман, Алжир, Ливия, Египет, Катар Тринидад и Табаго) и странах-потребителях (Япония, Южная Корея, США, Тайвань, ряд европейских стран). Технология производства и использования СПГ многоступенчатая, и пока дорогая.

Третий вариант - производство синтетических жидких топ­ лив (СЖТ) и других жидких продуктов из природного газа - реализован на двух крупных (компанией Sasol в ЮАР и компа­ нией Shell в Малайзии) и на небольших опытно-промышленных установках (США). Идет строительство двух крупных установок в Катаре и Нигерии. Последние два варианта предназначены для районов с большими запасами недорогого газа.