Производство на основе газа // Винокуров М.А., Суходолов А.П. «Экономика Иркутской области» (2009)

Использование природного газа в качестве сырья для химической и гелиевой промышленности

Газоносные месторождения Иркутской области кроме метана, используемого как топливо, содержат этан, пропан, бутаны и другие фракции углеводородов, а также гелий (табл. 59.7). Высокая концентрация этих компонентов делает природный газ региона ценным сырьем для химической и гелиевой промышленности.

В этой связи крупные месторождения Восточной Сибири должны рассматриваться как стратегические. Их освоение только для получения газового топлива, а также только для экспорта газа (без предварительной его переработки) представляется крайне неэффективным.

Рациональное использование природного газа должно обязательно включать его переработку — выделение на газоразделительном заводе ценных фракций — и их применение в качестве сырья на химических предприятиях области взамен менее эффективного углеводородного сырья, получаемого в настоящее время при переработке нефти.

Например, газовая смесь Ковыктинского ГКМ содержит более 5 % этана (при экономически эффективном уровне 3 %). Выработка на его основе этилена даст шестикратный прирост стоимости конечного продукта, а выработка из «газового этилена» поливинилхлорида еще больше увеличит добавленную стоимость конечного продукта. При этом химические производства области станут менее зависимыми от объема поставок нефтепродуктов и смогут уже без ограничений по сырью наращивать выпуск продукции, будут созданы новые квалифицированные рабочие места и увеличится налоговая база бюджетов всех уровней.

Таблица 59.7

Содержание в пластовом газе некоторых месторождений Иркутской области ценных компонентов, использование которых в качестве сырья целесообразно в химической и гелиевой промышленности, % к общему объему

Месторождение	Метан	Этан	Пропан	Бутаны	Гелий
Ковыктинское	89,8	5,1	1,1	0,6	0,28
Марковское	82,5	7,0	2,9	0,8	–
Ярактинское	85,4	4,3	1,6	1,0	0,28
Братское	86,4	5,2	1,2	0,5	0,36
Атовское	78,8	5,3	2,3	1,1	0,17
Дулисьминское	85,9	6,8	2,3	2,1	0,29
Верхнечонское	78,3	8,3	3,4	1,0	0,34

Однако, чтобы начать использовать природный газ в качестве сырья, а в дальнейшем наращивать объемы и расширять сферы его применения, необходима модернизация существующих и создание новых производств. Это возможно при целенаправленном формировании в регионе газохимической и гелиевой промышленности мирового уровня. В этом случае Россия будет экспортировать уже не только сырье, но и продукты максимально высокой степени переработки, оставляя на своей территории добавленную стоимость и направляя ее на социально- экономическое развитие восточных регионов.

Мировой опыт. Использование природного газа в качестве сырья характерно для всех развитых стран. Мировая химическая промышленность со времени нефтяного кризиса в 1970-х гг. стала переходить на более эффективные (экономически и экологически) технологии производства поливинилацетата, полиметилметакрилата, формальдегидных смол и т.д., используя для этого метан, этан, пропан, бутаны и другие компоненты природного газа. Крупные газохимические комплексы были созданы в США, Канаде, Латинской Америке, странах Персидского залива и Европейского союза.

Таблица 59.8

Доля России в мировых ресурсах и запасах газа и в мировой газоперерабатывающей промышленности

Показатель	В мире	В России	Доля России в мире, %
Ресурсы природного газа, трлн м3	500-600	236	40
Извлекаемые запасы газа, трлн м3	160-170	64	40
Количество газоперерабатывающих заводов, ед.	1600	6	0,4
Объем перерабатываемого газа, млрд м3	1500	35	2,3

В России. В нашей стране газохимические производства развиты очень слабо. За годы кризиса, экспортируя в основном углеводородное сырье, Россия еще больше отстала от мирового уровня производства и удельного потребления химической продукции, особенно по таким показателям, как производство пластмасс, синтетических волокон, синтетического каучука, а также содержание их доли в структуре конструкционных материалов и эластомеров, выпуск лакокрасочных материалов и др. Все эти показатели являются индикаторами экономического развития отрасли и страны (табл. 59.9).

Таблица 59.9

Сравнение газоперерабатывающей промышленности России и США

Показатель	США	Россия	Россия в сравнении с США
Общеэкономические показатели
Добыча газа в 2000 г., млрд м3	545	584	Сопоставимый уровень
Газоемкость экономики, млрд м3 на 100 млн дол. ВВП	58	331	Опережение в 6 раз

Извлечение ценных компонентов из газового сырья

Этан, млн т	9,2	0,4	Отставание в 23 раза
Пропан, млн т	7,2	0,6	Отставание в 12 раз
Бутаны, млн т	4,4	0,5	Отставание в 9 раз
Легкие углеводороды, % от добычи	5,0	0,3	Отставание в 17 раз

Потребление основных видов химической продукции на душу населения, кг

Пластмассы и синтетические смолы	148,4	10,6	Отставание в 14 раз
Химические волокна и нити	17,7	0,9	Отставание в 20 раз
Лакокрасочные материалы	19,2	3,2	Отставание в 6 раз
Синтетические моющие средства	13,2	2,3	Отставание в 6 раз

 

Рис. 59.13. Рост стоимости продукции по мере увеличения глубины переработки сырья в 2005 г., дол. за 1 т. Природный газ является ценнейшим многокомпонентным сырьем для химической промышленности. По мере углубления химической переработки газа увели­чивается цена продукции. Например, соотношение цены природного газа и цены углево­дородов, извлекаемых из этансодержащего природного газа, составляет 1:2. Дальнейшая переработка еще более экономически эффективна. Соотношение цены природного газа и полиэтилена (полипропилена) - 1:10, продуктов газохимии, таких как поливинилацетат, полиметилметакрилат, поликарбонат и других пластмасс и химикатов, находится в диа­пазоне от 1:20 до 1:40. Отсюда следует, что одновременно с добычей газа экономически целесообразно развивать газопереработку, газохимию и гелиевую промышленность

Среди немногих российских предприятий, которые наряду с нефтяным сырьем используют сжиженные углеводородные газы и фракции легких углеводородов, можно назвать заводы «Оргсинтез», «Салаватнефтеоргсинтез», «СИБУР-Химпром», «Уфаоргсинтез», «Нитрон» и Омский завод синтезкаучука.

Чтобы отечественная химическая промышленность не отстала навсегда от мирового уровня, необходимо развивать отрасль совершенно другими темпами, используя в том числе высокоэффективные газовые ресурсы Восточной Сибири. В этом случае стратегически важная задача развития глубокой переработки углеводородного сырья будет решаться путем формирования новой для региона газохимической отрасли.

В Иркутской области. Уже во второй половине 1960-х гг. природный и попутный газ открываемых месторождений Восточной Сибири стал рассматриваться плановыми органами страны в качестве эффективного сырья для развития в регионе химической промышленности. Так, по расчетам Востсибплана (выполненным в конце 1960-х гг.), потребность в газе всех промышленных предприятий Иркутской области на период с 1975 по 1985 г. должна была составить 10 млрд м³. Столь высокие объемы потребления обосновывались не только растущими в те годы энергетическими и бытовыми потребностями, но и намечаемым развитием в Приангарье крупной химической промышленности общесоюзного значения, производящей широкую гамму полимерных смол и изделий из них, а также различные минеральные удобрения.

На первом этапе сырьем для подобных производств являлись продукты нефтепереработки, поставляемые Ангарским нефтеперерабатывающим заводом, а также ацетилен, получаемый путем переработки местных известняков. С расширением химических производств недостающее углеводородное сырье планировалось получать за счет газификации черемховских углей. Однако с открытием газоносных месторождений Восточной Сибири ставка была сделана на природный газ, снимающий ограничения по сырью. Масштабное освоение газоносных месторождений Иркутской области и Якутии дало бы мощный импульс для дальнейшего промышленного развития региона. С этой целью намечалось строительство газопровода из Якутии в Иркутскую область.

Эти идеи актуальны и в наши дни. И хотя сейчас возможный объем потребления газа в Иркутской области оценивается более скромной цифрой — всего 2,5-5,2 млрд м³, значительная его доля также будет приходиться на промышленность. Предполагается, что в основном это будут предприятия химического комплекса, которые смогут использовать природный газ для энергетических, но преимущественно технологических целей.

К числу потенциальных потребителей газа как технологического сырья можно отнести ОАО «Саянскхимпласт» (производство ПВХ), ОАО «Ангарский завод полимеров» (производство этилена, полиэтилена, полипропилена), ОАО «Ангарский азотно-туковый завод» (производство удобрений), ОАО «Усольехимпром» (производство эпихлоргидрина).

В настоящее время перечисленные предприятия в качестве сырья используют менее эффективные и более дорогие продукты нефтепереработки. Однако высокая цена на нефтепродукты и ограничения в их поставках сдерживают развитие химического комплекса области. Достаточно сказать, что ценовые споры неоднократно ставили под угрозу поставки этилена ОАО «Саянскхимпласт» из Ангарска. По этой же причине на Ангарском азотно-туковом заводе не работает установка по получению аммиака, и предприятие вынуждено завозить его из Кемеровской области. Все эти проблемы можно снять при переходе на газовое сырье по примеру других стран мира, которые уже отказались от производства химических продуктов (прежде всего аммиака и этилена) из нафты* и в качестве сырья используют этан.

Крупные запасы этансодержащего природного газа, поваренной соли, а также инфраструктура действующего в регионе химического комплекса создают благоприятные предпосылки для увеличения производства ПВХ, полиэтилена, полистирола, этиленгликолей, полипропилена, другой аналогичной продукции. С началом газификации Иркутская область может стать крупнейшим в стране производителем основных видов пластмасс.

* Нафта (или нефтяной спирт) представляет собой прозрачную желтоватую жидкость, получаемую при перегонке нефти, используется как дизельное топливо, растворитель в лакокрасочной про­мышленности, сырье для получения аммиака и этилена и др.

И еще один важный аспект. В разведанных газоносных месторождениях Иркутской области содержится 5,8 млрд м³ запасов гелия. С началом масштабной добычи газа, в объемах 30-40 млрд м³ в год (экспортный вариант), потери этого ценного продукта могут составлять 84-112 млн м³ в год, что сопоставимо с текущим потреблением гелия в мире.

В этой связи важнейшей задачей становится промышленное извлечение гелия при разработке месторождений. Эффективность данного процесса будет существенно повышена при комплексной переработке природного газа на действующих крупных газохимических заводах с устойчивой промышленной и транспортной инфраструктурой (в Саянске, Усолье-Сибирском, Ангарске). При этом задержка с началом поставок гелия на мировой рынок чревата снижением конкурентных преимуществ российского гелия в связи с замещающим экспортом из Катара и Алжира.

Такие факторы, как высокая концентрация в природном газе Восточной Сибири ценных и пригодных для промышленной переработки фракций, а также имеющаяся инфраструктура и наличие квалифицированных кадров, выдвигают Иркутскую область в число немногих субъектов Федерации, где можно быстро и эффективно развивать газоперерабатывающую, газохимическую и гелиевую промышленность.

Увеличение производства ПВХ на основе газового сырья

Высокое содержание этана в природном газе Иркутской области делает его очень эффективным сырьем для наращивания производства поливинилхлорида и развития в регионе промышленности органического синтеза.

Существующее производство. Основным специализированным производителем ПВХ в Иркутской области является ОАО «Саянскхимпласт» — одно из крупнейших предприятий химического комплекса России, выпускающее почти 40 % общероссийского объема ПВХ. Продукция соответствует мировым стандартам качества и используется для производства кабельного и обувного пластика всех цветов, профильно-погонажных изделий, востребованных строительным комплексом, и др.

Развитие предприятия происходило на базе крупных и легкоизвлекаемых запасов соли Зиминского месторождения, дешевой электроэнергии, а главное — этилена, получаемого при нефтепереработке на Ангарском нефтедобывающем заводе.

На комбинате имеется недостроенная вторая очередь, мощность которой по основному продукту — ПВХ — аналогична действующей. Модернизация предприятия с возможным завершением строительства второй очереди позволит при относительно небольших затратах существенно увеличить выпуск продукции, пользующейся спросом на внутреннем и внешнем рынках.

Проблема обеспечения этиленом. Основным сырьем для производства ПВХ является этилен, поставляемый из Ангарска в Саянск по этиленпроводу протяженностью 230 км. Этилен получают путем пиролиза прямогонных бензинов на этиленовой установке АНХК.

Нехватка этилена сдерживает развитие производства в Саянске. Так, в конце 1990-х гг. на АНХК было переработано всего 8,4 млн т нефти и произведено прямогонных бензинов в количестве, достаточном для выпуска 162 тыс. т этилена. Из них только 63 тыс. т было выделено Саянскому химкомбинату, остальное использовано на АНХК, при этом в Ангарске не работало аммиачное производство, также зависящее от объема выпуска прямогонных бензинов.

Чтобы осуществлять поставку этилена на Саянский химкомбинат в количестве, достаточном для его полной загрузки, а также обеспечивать собственные этиленпотребляющие производства (при условии, что аммиачное производство в Ангарске останется без сырья), АНХК должен вырабатывать в год 230-250 тыс. т этилена, используя для этого 12-13 млн т нефти. С учетом потребности аммиачного производства объем нефтепереработки должен составлять 18-20 млн т. В противном случае поставки этилена в Саянск будут осуществляться не в полном объеме. Перспективы увеличения нефтепереработки на АНХК до 18 млн т в среднесрочной перспективе маловероятны.

Таким образом, возможность увеличения выпуска ПВХ в Саянске сдерживается нехваткой этилена, который поступает из Ангарска. Снятие сырьевой зависимости по этилену даст возможность Саянскому химкомбинату наращивать производственные мощности практически без ограничений. При этом другие составляющие природного газа позволят расширить номенклатуру его продукции.

Поэтому для стабильной работы и дальнейшего развития химического комплекса в Саянске необходим альтернативный источник этилена. Решение этой проблемы может быть обеспечено путем использования природного газа.

Перспективы использования природного газа. Газ месторождений Иркутской области является ценным химическим сырьем и в обязательном порядке должен использоваться в промышленности органического синтеза. Для производства ПВХ ценность представляет его этановая фракция, а для выпуска других полимеров и химических продуктов могут применяться метановая фракция и ШФЛУ (широкая фракция легких углеводородов), а также гелий. Чтобы извлечь все ценные компоненты, природный газ сначала необходимо переработать на газоразделительном заводе.

По оценкам специалистов, этилен, полученный из газа, будет на 30-50 % дешевле, чем произведенный из нефтепродуктов (для производства 1 т этилена требуется 28 т сырой нефти или 230 тыс. м³ природного газа). Это повысит эффективность производства и конкурентоспособность продукции.

Выделенного из природного газа этана будет достаточно для обеспечения текущей и перспективной потребности ОАО «Саянскхимпласт» (с учетом модернизации предприятия и создания новых производственных мощностей). При этом для переработки может потребоваться до 8      млрд м³ природного газа в год, из которого может быть извлечено около 400 тыс. т этана, необходимого для получения более 300 тыс. т этилена.

Другая составляющая природного газа — метан — тоже ценнейшее углеводородное сырье для химической промышленности. На его основе могут производиться метанол и широкая гамма продуктов органического синтеза, а также аммиачные удобрения.

Комплексное потребление газа — не только как топлива, но и как технологического сырья — открывает большие возможности для развития химии органического синтеза и производства новых видов полимерных материалов. Применяя различные технологии, можно удовлетворить потребности народного хозяйства и обеспечить экспорт конкурентоспособной отечественной продукции.

Приход на саянскую промплощадку природного газа и строительство здесь газоразделительного завода откроют широкие перспективы для динамичного развития не только Саянского, но также Усольского и Ангарского химических комбинатов. Их структурная перестройка и создание новых газохимических производств обеспечат рынок новыми видами конкурентоспособной продукции.

К перспективной химической продукции можно отнести терефталевую кислоту, полиэтилентерефталат, полиэфирные смолы, поликарбонат, полипропилен, акриловые эфиры и эмульсии на базе акриловой кислоты для лакокрасочной промышленности и др.

Возможен также выпуск новых полимерных материалов инженерно-технического назначения, нехватка которых в настоящее время особо остро ощущается. К их числу относятся полиамиды, поликарбонаты, полисульфоны, полибутилентерефталаты, полифени- леноксиды и другие химические продукты, позволяющие создавать полимерные материалы нового поколения.

Таким образом, долгосрочные перспективы и практически неограниченные ресурсные возможности развития химической промышленности в Иркутской области связаны главным образом с использованием этана, метана и других фракций, выделенных из природного газа.

Рынок сбыта. Мировое производство ПВХ оценивается примерно в 30 млн т в год (с ежегодным приростом в 5 %). На долю стран АТР приходится более 60 %. Наибольший прирост наблюдается в Китае, на Тайване и в Индии.

Рынок стран АТР, в основном китайский, является наиболее емким и территориально близким к Иркутской области. Однако Китай быстро развивает собственную промышленность органического синтеза, испытывая при этом нехватку углеводородного сырья, что сдерживает рост производства ПВХ. Проблема ограничения по сырью решается за счет применения искусственного газа (70 % винилхлорида, идущего на производство ПВХ, в Китае получают методом гидрохлорирования ацетилена из карбида кальция). При этом производство ПВХ обходится дороже. Реализуется программа постепенного замещения ацетиленовых технологий, в том числе за счет использования природного газа. Тем не менее в Китае сохраняется дефицит ПВХ (в начале 2000 г. — 1,4 млн т), который компенсируется массовым импортом, в частности из России.

Ситуация может измениться с началом крупномасштабных поставок в Китай газа восточносибирских месторождений, который благодаря высокому содержанию этановых фракций существенно укрепит сырьевую базу китайской промышленности органического синтеза, и производства ПВХ в том числе.

Что касается внутрироссийского рынка, то в пределах страны ПВХ производится на семи предприятиях, два из которых (ОАО «Саянскхимпласт» и ОАО «Усольехимпром») находятся в Иркутской области. Спрос на данную продукцию увеличивается с начала 2000-х гг. одновременно с экономическим ростом в стране.

Таким образом, Саянск может стать крупным центром переработки природного газа, где будет начинаться технологическая цепочка, стабильно обеспечивающая эффективным сырьем весь химический комплекс Иркутской области, перед которым откроются широкие перспективы развития.

Производство ДМЭ

Из природного газа Иркутской области можно производить диметиловый эфир (ДМЭ). Это химическое соединение характеризуется очень высокой энергоэффективностью и может использоваться в промышленности, энергетике, на транспорте и в быту в качестве высокоэффективного топлива. Оно не токсично, отличается хорошей транспортабельностью и легкостью в обращении. При его сгорании не образуется черной сажи и соединений серы (в отличие от сгорания угля и топочного мазута), что исключительно важно в экологическом плане. Считается, что ДМЭ может стать экологически чистым энергоресурсом следующего поколения. Прогнозируется его широкое потребление.

Вместе с тем традиционная технология получения ДМЭ из природного газа путем его перевода сначала в промежуточный продукт — метанол, а затем из метанола в ДМЭ весьма энергоемка. Получаемый при этом продукт недоступен для широкого промышленного применения ввиду своей дороговизны, несмотря на явные и неоспоримые его преимущества как энергоносителя.

Возможность производства ДМЭ из различных углеводородов, в том числе из природного газа, с использованием недорогой технологии прямого синтеза активно изучается в Японии. С этой целью здесь в 2000 г. несколько ведущих компаний учредили исследовательскую фирму. Кроме нее над данной проблемой работают еще в двух странах.

Повышение интереса к ДМЭ вызвано быстрым ростом населения в странах АТР, бурным развитием там экономики и увеличением потребления энергоресурсов, а также растущими экологическими проблемами.

В начале 2000-х гг. японская фирма «Нихон Кокан» предложила администрации Иркутской области рассмотреть возможность создания в регионе крупного производства ДМЭ из природного газа местных месторождений и поставки его в Японию железнодорожным транспортом (в цистернах). Данная фирма имеет оригинальную технологию получения нового энергоносителя из синтез-газа с использованием катализатора собственной разработки, минуя промежуточный процесс получения метанола, что существенно снижает производственные затраты и делает данный продукт более доступным для потребителя.

В частности, было предложено построить первую очередь завода с объемом переработки 30 млн м³ природного газа в сутки (по готовому продукту 2,5 тыс. т в сутки). Производство предполагалось организовать в районе Усть-Кута и по БАМу доставлять продукт в Японию.

Возможность производства ДМЭ изучалась также специалистами ОАО «РУСИА Петролеум», которые предложили разместить мощности (объемом 7,5 млн т в год готового продукта, с поэтапным наращиванием выпуска) в ангарском промузле, где имеются свободные площадки и железнодорожные товарные станции, приспособленные к перевалке подобных грузов.

Для транспортировки потребовался бы парк цистерн (800-1 000 шт.), которые предлагалось произвести в России. Терминал погрузки намечалось организовать в портах Ванино или Находка. Капитальные вложения в реализацию первой очереди проекта оценивались в 600 млн дол. (полностью за счет японских инвестиций). Технология производства ДМЭ предполагает разработку средних и обедненных месторождений с низким качеством природного газа.

Производство гелия

Гелий является ценным невозобновляемым природным ресурсом, относящимся к разряду стратегических. Его мировые запасы ограниченны, а потребность ряда отраслей промышленности и сфер деятельности, в том числе научных исследований, в нем непрерывно растет, что связано с его уникальными свойствами. Что это за свойства?

Гелий очень легок, нетоксичен, негорюч, не имеет цвета и запаха, почти нерастворим в воде, крайне инертен (в обычных условиях не соединяется и не вступает в реакцию с другими веществами). У него самая низкая среди других газов точка кипения (4,2 К), и при нормальном давлении он не переходит в твердую фазу даже при крайне близких к абсолютному нулю температурах. Скорость диффузии гелия сквозь твердые материалы существенно выше, чем у воздуха и даже водорода, и при определенных условиях он обладает свойствами сверхтекучести. Природный гелий содержит два стабильных изотопа — ⁴Не (99,9999 %) и ³Не (0,0001 %), известны также шесть искусственных радиоактивных изотопов гелия.

По распространенности во Вселенной гелий занимает второе место (после водорода), он возникает в недрах звезд в результате термоядерных реакций синтеза. Однако на нашей планете этот газ очень редок и образуется в недрах земли в очень небольших объемах вследствие альфа-распада тяжелых элементов. При этом часть гелия просачивается сквозь земную кору и захватывается природным газом, в котором его концентрация может колебаться от 7 до сотых долей процента.

Одна из перспективных сфер применения гелия — воздухоплавание. Здесь он вместо водорода широко используется в качестве подъемного газа в современных дирижаблях (при этом решается проблема пожарной безопасности, весьма актуальная для летательных аппаратов). Сейчас в мире эксплуатируется примерно 50 дирижаблей объемом от 700 до 10000 м³ с суммарным потреблением гелия (при замене его в оболочке примерно раз в два года) 150 тыс. м³ в год, или 0,15 % мировой потребности в гелии.

В России имеется только один дирижабль «Аэростатика» объемом около 700 м³. Дирижабли могут находить применение в различных отраслях, в том числе для доставки грузов и при проведении геологоразведочных работ в северных районах. Возможно создание транспортных дирижаблей грузоподъемностью до 200 т крупногабаритных грузов, которые доставлялись бы на расстояние до 15 тыс. км со скоростью около 100 км / ч (максимальная — 170 км / ч). Длина такого дирижабля — 270 м, высота оболочки — 55 м, объем — около 400 тыс. м3. Оболочку предполагается сделать из легких и особо прочных композитных материалов.

В мире проектируются дирижабли различного назначения. Они имеют ряд преимуществ перед традиционными видами транспорта: возможность безаэродромной эксплуатации (с использованием неподготовленных площадок); низкая стоимость летного часа, определяемая невысокой стоимостью конструкции, малым расходом топлива и минимумом затрат на наземное обеспечение; большая дальность полета; высокая безопасность (даже отказ двигателя не влияет на мягкость посадки) и др.

В России имеется только один дирижабль «Аэростатика» объемом около 700 м³. Дирижабли могут находить применение в различных отраслях, в том числе для доставки грузов и при проведении геологоразведочных работ в северных районах. Возможно создание транспортных дирижаблей грузоподъемностью до 200 т крупногабаритных грузов, которые доставлялись бы на расстояние до 15 тыс. км со скоростью около 100 км / ч (максимальная — 170 км / ч). Длина такого дирижабля — 270 м, высота оболочки — 55 м, объем — около 400 тыс. м3. Оболочку предполагается сделать из легких и особо прочных композитных материалов.

В мире проектируются дирижабли различного назначения. Они имеют ряд преимуществ перед традиционными видами транспорта: возможность безаэродромной эксплуатации (с использованием неподготовленных площадок); низкая стоимость летного часа, определяемая невысокой стоимостью конструкции, малым расходом топлива и минимумом затрат на наземное обеспечение; большая дальность полета; высокая безопасность (даже отказ двигателя не влияет на мягкость посадки) и др.

Применение. Уникальные свойства гелия позволяют использовать его в самых современных технологиях. Например, низкая температура сжижения делает его эффективным хладагентом для получения сверхнизких температур, что требуется при продувке и герметизации двигательных установок ракет, для придания металлам свойств сверхпроводников в ускорителях высоких энергий и т.д. Высокая теплопроводность гелия также применяется в ряде технологических процессов, например в ядерной энергетике при использовании его в качестве теплоносителя первого и второго контуров некоторых типов ядерных реакторов, поскольку данный газ не разносит продукты полураспада, что очень важно для обеспечения радиационной безопасности. Инертность гелия требуется для выплавки особо чистых металлов, делает его незаменимым компонентом дыхательных смесей для глубоководных погружений, позволяет применять его в качестве консерванта, упаковочного газа и пропеллента в пищевой и парфюмерной промышленности (гелий зарегистрирован как пищевая добавка Е939). Низкая плотность и негорючесть делают гелий идеальным подъемным газом для дирижаблей, метеорологических зондов и просто воздушных шариков. Хорошо известен эффект изменения тембра голоса (повышение его тональности) за счет различия плотности обычной воздушной смеси и гелия. Изотоп 3Не используется в качестве наполнителя-поляризатора особо чувствительных нейтронных детекторов, служащих для регистрации слабых космических излучений.

Таким образом, гелий находит применение в самых различных отраслях и сферах: в космонавтике, энергетике, медицине, авиации, судостроении, химической и пищевой промышленности, металлургии, сварочном производстве, в лазерной технике, хроматографии, фундаментальных и прикладных научных исследованиях. Причем в целом ряде сфер и технологий его нельзя заменить никаким другим газом или веществом.

Учитывая столь широкое применение гелия и растущую в нем потребность, а также невозобновляемость его ресурсов, начинать освоение месторождений с гелием только для получения топливного газа недопустимо.

Мировые запасы. В настоящее время основная часть мировых запасов гелия сосредоточена в газоносных месторождениях Катара, России, США и Алжира (рис. 59.16). При этом наиболее высокая концентрация гелия в природном газе отмечается только в США (0,1-1,9%) и России (до 0,5 %). В других странах содержание гелия в газе гораздо ниже: в Алжире — 0,17-0,19 %, Катаре — 0,1-0,2 %, Китае — 0,15—0,20 %,

Канаде — 0,05-0,19 %, Нидерландах — 0,02-0,12 %, Польше – 0,06 %.

Таблица 59.10

Изменение запасов гелия в странах мира, млрд м³

Страна	1995	2005
Катар	1,0	10,0
Россия	6,0	9,2
США	13,0	8,5
Алжир	2,1	8,4
Канада	2,1	2,0
Нидерланды	0,7	0,6
Китай	1,1	1,1
Польша	0,8	0,3
Другие страны	0,9	9,9
Всего в мире	27,7	50,0

 

Рис. 59.16. Доля стран в мировых запасах гелия

За истекшее десятилетие (1995-2005) произошло истощение ресурсно-сырьевой базы гелийсодержащего природного газа в США, Нидерландах и Польше. Одновременно приросли запасы в Катаре, Алжире, а также России (за счет открытия газоносных месторождений в Восточной Сибири). Изменение запасов гелия в данный период показано в табл. 59.10.

Россия по запасам гелия занимает одно из ведущих мест в мире. Основная их часть (более 85 %) сосредоточена в газоносных месторождениях Восточной Сибири — в Иркутской области, Красноярском крае, Республике Саха (Якутия). Остальные промышленно значимые запасы приходятся на месторождения Оренбургской (около 7 %) и Астраханской (7 %) областей, однако концентрации гелия там значительно ниже.

Мировое производство. Гелий извлекают из природного газа путем фракционной перегонки. Сжижение сырья и разделение фракций происходят с применением специальных технологий при очень низкой температуре и высоком давлении и на оборудовании, которое существенно отличается от используемого для добычи и транспортировки природного газа. Поэтому «гелиевой тематикой» традиционно занимаются специализированные компании, профессионально оценивающие конъюнктуру рынка и динамично развивающие производство.

В настоящее время в мире действует около 15 гелиевых заводов с суммарным объемом производства 119 млн м³ в год. Основным производителем гелия являются США. Однако в перспективе из-за истощения сырьевой базы в США прогнозируется двукратное снижение производства. Аналогичная ситуация произойдет и в Польше. При этом намечается увеличение производства в Алжире (строится завод в Скикде) и Катаре (завод в Рас Лаффане) (табл. 59.11).

Таблица 59.11

Динамика и прогноз производства гелия в странах мира, млн м³

Страна	1995	2000	2005	Прогноз
				2010	2020	2030
США	101,4	98,0	83,0	73,0	57,0	44,0
Россия	4,2	6,0	6,1	11,0	40,0	98,0
Алжир	3,8	14,0	25,0	32,0	33,0	33,0
Катар	-	-	4,0	14,0	14,0	14,0
Польша	1,4	1,0	1,0	-	-	-
Всего в мире	110,8	119,0	119,1	130,0	144,0	189,0

В России гелий производится только на одном заводе в Оренбурге, принадлежащем «Газпрому». Сырьевой базой является газ Оренбургского месторождения с низкой концентрацией гелия (всего 0,053-0,055 %), что требует дополнительных затрат на его извлечение. Скорейшее освоение и комплексная переработка газа крупных месторождений Восточной Сибири с высоким содержанием гелия (от 0,15 до 0,50 %) существенно снизят себестоимость производимого гелия, сделают российский гелий более конкурентоспособным, значительно увеличат его поставки на мировой рынок (табл. 59.12).

Таблица 59.12

Динамика и прогноз производства гелия в России, млн м³

Регион	2005	Прогноз
		2010	2015	2020	2025	2030
Оренбург	6,1	6,0	6,0	6,0	6,0	6,0
Восточная Сибирь	-	5,0	22,0	34,0	57,0	92,0
Россия в целом	6,1	11,0	28,0	40,0	63,0	98,0

 

Таблица 59.13

Динамика потребности основных стран и регионов мира в гелии, млн м3

Страна, регион	2005	Прогноз
		2010	2015	2020	2025	2030
США	83,0	92,0	94,0	97,0	99,0	102,0
Страны ЕС	31,0	34,0	35,0	36,0	37,0	38,0
Страны АТР	21,8	27,0	32,9	41,5	54,0	72,8
Австралия	1,1	1,3	1,3	1,4	1,5	1,5
Индия	1,1	1,6	2,3	3,2	4,4	6,2
Китай	2,5	4,1	6,6	10,6	17,1	27,5
Малайзия	0,3	0,5	0,9	1,4	2,3	3,7
Сингапур	1,1	1,5	2,0	2,7	3,6	4,8
Тайвань	1,1	1,4	1,8	2,3	2,9	3,7
Южная Корея	2,3	3,0	3,8	4,8	6,1	7,8
Япония	12,0	13,2	13,5	13,9	14,2	14,6
Россия	1,0	1,3	1,6	2,1	2,6	3,4
Прочие страны	4,1	5,3	5,7	6,1	7,7	8,5
Всего в мире	140,9	159,6	169,2	182,7	200,3	224,7

Рис. 59.17. Прогноз поставок гелия из России (с месторождений Восточной Сибири) в страны АТР, млн м³

Мировая потребность. Самым крупным мировым потребителем гелия являются США (прогнозируется увеличение потребления). Спрос пока удовлетворяется за счет собственного производства и откачки гелия из хранилищ (в хранилищах США сосредоточено около 1 млрд м³ гелия). Однако в связи со снижением газодобычи на месторождении Панхандл-Хьюготон (главном центре производства гелия в США) прогнозируется дефицит этого продукта, который будет покрываться за счет импорта, возможно из России.

Прогнозируется увеличение потребления гелия в странах АТР, прежде всего в быстро развивающихся — Китае, Индии, Сингапуре, Малайзии, Таиланде. В развитых странах — Японии и Австралии — уровень потребления увеличится незначительно. То же относится и к странам Евросоюза. В целом потребление гелия в мире в 2030 г. должно увеличиться в 1,6 раза (табл. 59.13).

Примерно в 3 раза ожидается рост потребления гелия и в России (сейчас основными потребителями являются более 200 предприятий различных отраслей хозяйства).

Столь оптимистичный прогноз роста мирового потребления позволяет рассматривать гелий как ценный экспортный ресурс, открывает благоприятные перспективы наращивания объема его производства в России (прежде всего в Иркутской области) и поставки его на мировой рынок (рис. 59.17).

Транспортировка. Во всем мире гелий транспортируется в жидком виде в специальных криогенных контейнерах (емкостью 25 тыс. м³ в пересчете на газообразный гелий), имеющих стандартный международный 40-футовый формат. Стоимость таких термос-контейнеров — 600 тыс. дол. Они легко транспортируются автомобильным, железнодорожным и водным транспортом. Время хранения жидкого гелия в них — 30 суток (в контейнерах с улучшенной изоляцией — до 45 суток).

Стоимость. В середине 1990-х гг. стоимость 1 м³ гелия на мировом рынке составляла 1,1-1,8 дол. (франко-завод). В начале 2000-хгг. она выросла до 2,1-2,3 дол. за 1 м³. При этом стоимость гелия для конечных потребителей включает стоимость доставки.

Таблица 59.14

Запасы гелия на разведанных месторождениях Иркутской области, 2007 г.

Месторождение	Запасы (С1 + С2), млн м3
Ковыктинское	5 015,3
Чиканское	211,2
Дуписьминское	184,2
Верхнечонское	171,2
Ярактинское	94,3
Марковское	53,1
Братское	29,8
Аянское	24,6
Вакунайское	11,5
Атовское	5,8
Даниловское	-
Пилюдинское	-
Левобережное	…
Ангаро-Ленское	…
Всего	5 801,0

 

Создание гелиевого производства в Иркутской области. В Иркутской области сосредоточено 12 % разведанных мировых и 63 % российских запасов гелия. Этот инертный газ содержится почти во всех газоносных месторождениях (табл. 59.14), и его концентрация в природном газе колеблется в пределах 0,17-0,36 %, что существенно выше, чем в регионах с действующими гелиевыми заводами.

В мировой практике считается экономически целесообразным извлечение гелия при его концентрации 0,2 % (для сравнения: на единственном в России Оренбургском заводе для извлечения гелия используется природный газ с содержанием гелия не более 0,055 %).

С началом крупномасштабной добычи газа в Восточной Сибири в регионе целесообразно создать крупное гелиевое производство федерального значения. При этом Россия может стать крупнейшим мировым экспортером гелия, в первую очередь на перспективные и динамично развивающиеся рынки стран АТР. 

Возможен также экспорт на европейский и американский рынки.

Гелиевое производство лучше всего организовать в одном из промышленных центров (например, в Саянске, Усолье-Сибирском или Ангарске), где уже развита химическая промышленность и имеется возможность комплексного использования всех составных частей природного газа на действующих или создаваемых для этих целей новых заводах. Хранить гелий можно в специальных естественных хранилищах в подземных соляных толщах, которые имеются в Приангарье и Приленье.

Эффективнее всего подобное предприятие разместить в Саянске — на базе ОАО «Саянскхимпласт» (рядом возможно создание гелиохранилища с двухлетним запасом гелия). Дело в том, что рентабельность производства гелия существенно увеличится при одновременном извлечении из природного газа и переработке других ценных фракций (этана, пропана, бутанов, ШФЛУ). В этой связи экономически целесообразней формирование гелиевой промышленности во взаимосвязи с комплексом других перерабатывающих химических производств, которые уже созданы на саянской промплощадке.

И еще один важный аспект. Отдаленность якутских месторождений гелийсодержащего газа (Среднеботуобинского, Чаяндинского, Таас-Юряхского и др.) от основных транспортных магистралей, а также необходимость комплексной переработки этого газа делают целесообразным строительство газопровода из юго-западной части Республики Саха в направлении к Ковыктинскому месторождению и далее к Саянску.

Использование природного газа в качестве газомоторного топлива

Мировые тенденции. В мире в качестве газомоторного топлива используются несколько видов газа: компримированный природный газ (метан), смесь пропан-бутана, биогаз, водород. Из них природный газ наиболее эффективно замещает традиционное жидкое моторное топливо в современных двигателях внутреннего сгорания. Его можно применять в автомобилях, локомотивах, водных и даже воздушных судах. По сравнению с бензином и другим углеводородным топливом он имеет ряд неоспоримых преимуществ.

Природный газ почти на 90 % состоит из метана (СН₄), имеющего самую «короткую» молекулу среди углеводородов, что придает ему особые топливные свойства. Теплота его сгорания на 9 % выше, чем у бензина, и на 11 % выше, чем у авиационного керосина (более высокие показатели энергоэффективности метана по сравнению с керосином и его меньший вес открывают перспективу применения природного газа в качестве авиационного топлива).

Мировые ресурсы метана превышают ресурсы нефти, и метан проще извлекается из недр. При использовании метана в качестве топлива не требуется предварительной переработки природного газа (в отличие от нефти, в которой даже после глубокой переработки доля светлых нефтепродуктов далека от 100 %).

Суммарный объем природного газа, использованного в мире в 2006 г. в качестве моторного топлива, оценивается в 18 млрд м³ (около 0,5 % мирового потребления газа), что эквивалентно 11 млн т нефтепродуктов.

Расчеты показывают, что если перевести весь современный автотранспорт на природный газ, то этого автомобильного топлива человечеству хватит на 200 лет, в то время как ресурсы нефти истощатся в течение 50 лет (при современном уровне ее добычи).

Интерес к природному газу как к эффективному топливу быстро растет. За истекшее десятилетие мировой парк работающих на метане автомобилей увеличился в 8 раз (рис. 59.18). Лидерами по количеству автотранспорта, работающего на природном газе, являются Аргентина (34 % мирового парка автомобилей), Бразилия (20 %), Пакистан (13 %), Италия (10 %), Индия (6 %), США (4 %), Китай (2 %).

Рис. 59.18. Рост мирового парка легковых автомобилей, работающих на метане, тыс. ед.

На долю богатой газом России приходится пока 1-2 % мирового парка автомобилей, работающих на природном газе. При этом прослеживается устойчивая тенденция роста этого показателя при одновременном росте реализации компримированного природного газа в качестве автомобильного топлива (рис. 59.19).

В странах Евросоюза намечено к 2020 г. перевести 23 % автомобилей на альтернативные виды моторного топлива, в том числе 10 % — на природный газ (примерно 23,5 млн ед.).

Преимущества. Чем привлекает этот вид топлива владельцев автомобилей?

Цена. Природный газ дешевле бензина. На заправку он подается из газовой сети без дорогостоящей переработки (в отличие от нефтепродуктов), что снижает его стоимость.

Простота использования и надежность. Любая машина с двигателем внутреннего сгорания легко переводится на газовое топливо. При этом газ даже менее опасен, чем бензин (об этом свидетельствует мировая статистика ДТП).

Рис. 59.19. Динамика реализации компримированного природного газа в России, млн м³

Топливная эффективность. Метан имеет наибольшее октановое число* из всех углеводородных топлив — около 130 единиц. У бензина показатели ниже: 76 (А-76), 86 (АИ-92), 95 (АИ-98).

Топливная экономичность. Известно, что удельный расход топлива уменьшается с обеднением топливовоздушной смеси. Но предел обеднения (а значит, экономичности) ограничен возможностью воспламенения смеси. Для бензина этот предел составляет 54 г топлива на 1 кг воздуха, для метана — 40. Поэтому в режиме, когда от двигателя не требуется максимальной мощности (городское движение), газ в 1,35 раза экономичнее бензина. Если же метаном замещают низкооктановые бензины, то эффект возрастает. Так, испытания ВНИИгаза показали, что расход топлива у движущегося со скоростью 50 км/ч автомобиля ЗИЛ-130, работающего на газе, в 1,8 раза меньше, чем у того же автомобиля в тех же условиях, но работающего на бензине.

Увеличение моторесурса двигателя. На газовом топливе двигатель работает с меньшим износом, а его долговечность увеличивается в 1,3-1,6 раза. Это связано с тем, что при холодном запуске бензин смывает смазывающую пленку с поверхности цилиндров и одновременно попадает в масло, ухудшая его свойства.

 

*   Октановое число характеризует детонационную стойкость и предел воспламенения топливовоз­душной смеси. Чем выше октановое число, тем качественнее и дороже топливо.

Эти два фактора ускоряют износ двигателя. Метановое топливо даже в сильные морозы остается в газовой фазе, что полностью исключает нарушение смазки.

Сокращение эксплуатационных расходов. В работающей на газе машине в 1,5 раза реже меняют масло. Сокращаются также расходы, связанные с поломкой двигателя.

Бюджетная эффективность. По оценкам экспертов, перевод 1 млн государственных и муниципальных автомобилей на газ (транспорт ЖКХ, милиции, скорой помощи и др.) позволяет сэкономить 150 млрд р. бюджетных средств в год. То же касается сельхозтехники, потребляющей 12-15 % всего жидкомоторного топлива России.

Экологическая безопасность. Газовый двигатель выбрасывает в атмосферу меньше загрязнений, чем бензиновый. В его выбросах отсутствуют соединения свинца, вдвое меньше окислов азота и углерода, в 5-10 раз меньше угарного газа, на 13% меньше углекислого газа. Это позволяет соблюдать нормы токсичности «Евро-2» и даже «Евро-3».

Бензиновая смесь из-за высокого предела обеднения сгорает неполностью, и в выхлопе появляется угарный газ. При достатке же кислорода и полном сгорании возникает высокая температура (более 1800 °С), при которой начинает окисляться содержащийся в воздухе азот, а в выхлопе появляются его окислы, в 40 раз более токсичные, чем угарный газ. Кроме того, в выхлопе бензиновых двигателей содержатся продукты неполного окисления углеводородов, образующиеся в пристеночном слое камеры сгорания, где охлаждаемые водой стенки не позволяют жидкому топливу испариться за короткое время рабочего цикла. Газовое топливо уменьшает влияние этих факторов.

И еще. При сгорании входящего в состав топлива углерода образуется углекислый газ. В метане углерода содержится меньше, чем в бензине, следовательно, меньше выделяется углекислого газа, а значит, снижается объем парниковых газов, ставших в последние годы одной из глобальных экологических проблем.

В России. Интерес к природному газу как к топливу растет и в России. Увеличиваются объемы реализации метанового топлива в Свердловской и Челябинской областях, Ставропольском и Краснодарском краях, в Кемеровской области и в ряде других субъектов.

«Газпром» реализует в России целевую комплексную программу развития газозаправочной сети и парка техники, работающей на природном газе (с объемом финансирования 4 млрд р.). Планируется до 2015 г. построить 200 новых автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) и довести реализацию компримированного природного газа (КПГ) до 700 млн м³ в год, заместив до 500 тыс. т жидкого моторного топлива. Ввод АГНКС должен быть синхронизирован с наращиванием парка техники, работающей на природном газе.

В настоящее время «Газпром» имеет более 220 АГНКС, которые в год реализуют 360 млн м³ газа (менее 0,1 % всей реализации газа «Газпромом»),

В Иркутской области. В условиях общего роста потребления природного газа в качестве моторного топлива, а также на фоне успешной газификации автотранспорта в других российских регионах Иркутская область выглядит очень скромно, хотя для работы в данном направлении в регионе имеются все условия: громадные запасы природного, достаточно большой парк автомобилей, которые могут быть переведены на КПГ.

С началом масштабной газификации в Иркутской области целесообразно создать сеть АГНКС. В частности, к 2015 г. в рамках программы «Газпрома» в Приангарье возможно строительство 30 АГНКС, что позволит довести долю газового топлива на региональном рынке до 10%. Сегодня эта доля не превышает 3 % и обеспечивается пропан-бутаном, менее эффективным, чем метан.

На территории Иркутской области первая АГНКС появилась в Братске в конце 2007 г., на начальном этапе газификации региона. Ее торжественно открыли в день пуска магистрального газопровода от Братского месторождения до ГРС Осиновка.

Дальнейшие мероприятия по созданию сети АГНКС и переходу на более эффективное топливо должны стать неотъемлемой частью программы газификации Иркутской области. Они должны поддерживаться региональной и муниципальной властью, а также частными инвесторами, готовыми зайти в данный сектор.

Что даст газификация автотранспорта? Прежде всего, экономию средств. Ведь цена метана, реализуемого на любых заправочных станциях России, будет вдвое ниже цены бензина А-76 (эту норму установило Правительство РФ*). Кроме того, сократятся эксплуатационные затраты, связанные с профилактикой и ремонтом двигателей автомобилей.

 

Рис. 59.21. Перевод на природный газ (метан) сельскохозяйственной техники очень выгоден для хозяйств и региона в целом. Например, при переводе на газ только одного трактора «Кировец», ежегодно расходующего 50-70 т дизельного топлива, экономия составит 150-200 тыс. р. в год. Газификация же всего автотранспортного парка может сэкономить хозяйству миллионы рублей, снизит себестоимость производства, сделает сельхозпродук­цию более конкурентоспособной, а цены на нее — доступными для потребителя

Минимизация затрат по эксплуатации автомобилей важна как для частного автовладельца, так и для любого предприятия, бюджетной сферы в целом. Практика показывает, что за один год работы трех машин «Газель» сэкономленные на топливе и эксплуатации средства позволяют приобрести еще один автомобиль.

Существенно улучшится экологическая обстановка (что благоприятно скажется на здоровье населения), особенно в крупных городах, где доля автомобильных выхлопов превышает 75 % в общем объеме атмосферных загрязнений.

Весьма выгодным станет перевод на природный газ сельскохозяйственной техники. Те агрохозяйства, которые начали газификацию, существенно снизили влияние на свою экономику сезонных колебаний цен на топливо, забыли о диктате поставщиков нефтепродуктов. Они уменьшили удельные затраты на выпуск продукции на 30-50 % и получают реальную экономию средств, повысили культуру и эффективность своего производства.

*   В соответствии с постановлением Правительства РФ от 15 января 1993 г. №31, верхний предел цены природного газа, реализуемого автомобильному транспорту через АГНКС, устанавливается на уровне 50 % цены бензина марки А-76 (А-80) в целях стимулирования потребителей использо­вать данный вид топлива.

Высокий эффект газозамещения характерен для крупных хозяйств, что связано с наличием у них тяжелой техники, доля которой в потреблении моторного топлива достаточно высока. Например, по дизельному топливу: тракторы — 60 %, тепло-генераторы — 10 %, землеройная техника — 9%; по бензину: грузовые автомобили — 79%.

Опыт СХ ОАО «Белореченское» по переводу в течение двух лет на газ (пока пропан-бутановый) более 350 единиц сельхозтехники дал годовой экономический эффект в размере 14,5 млн р. Перевод на газ сушилок зерна позволил хозяйству сэкономить 11 млн р.