Сжиженный природный газ (СПГ), по мнению экспертов-энергетиков, – один из наиболее перспективных видов топлива. Динамика роста мирового рынка СПГ составляет примерно 7% в год. Лидирующие позиции в потреблении сжиженного природного газа занимают США и страны Западной Европы. Россия пока в этих списках не значится, хотя с началом нового тысячелетия интерес к использованию СПГ постоянно растет.
Природный газ уже получил титул топлива XXI века, поскольку его запасы по сравнению с запасами нефти достаточно велики. Разведанные запасы природного газа в России превышают 54 трлн. м3, что составляет более 4096 мировых запасов. Однако практически все новые газовые месторождения находятся в районах, чья географическая удаленность от мест потребления газового топлива делает нецелесообразным строительство магистральных трубопроводов, - Штокмановское месторождение на шельфе Баренцева моря, месторождения Ямала, Обско-Тазовской губы и острова Сахалин. Поэтому все большее внимание специалисты уделяют возможностям производства сжиженного природного газа.
По данным статистических обзоров мировой энергетики, в 2009 году лидирующие позиции в экспорте СПГ распределились следующим образом:
Главными потребителями сжиженного природного газа в 2009 году были:
Эксперты утверждают, что популярность СПГ со временем будет лишь возрастать. Хотя цена природного газа пока ниже, есть большая вероятность того, что скором времени ситуация может измениться. Это объясняется тем, что наметилась уверенная тенденция к снижению стоимости производства сжиженного природного газа, и его транспортировки (за счет снижения затрат на производство танкеров).
По физическим свойствам СПГ представляет собой обычный природный газ, сжиженный путем резкого охлаждения до температуры -161°С. По химическому составу представляет собой многокомпонентную смесь углеводородов ряда С1-С8, азота N2 и двуокиси углерода СО2 с преобладающим содержанием метана СН4. Сжиженный природный газ прозрачен, не имеет цвета и запаха. При атмосферном давлении температура кипения СПГ — около -160°С (111,7 К). При ожижении объем природного газа уменьшается более чем в 600 раз, что эквивалентно сжатию газа до давления 60 МПа, при этом его удельный вес в два раза меньше воды.
Перевозка СПГ специальными танкерами при больших расстояниях транспортировки экономически более выгодна, чем трубопроводный транспорт. Будучи криогенной жидкостью, СПГ хранится под небольшим избыточным давлением при той же температуре (-161°С) в емкости с теплоизоляцией.
Себестоимость природного газа формируется из трех компонентов:
В случае со сжиженным природным газом в производственную цепочку включаются дорогостоящие процессы сжижения и регазификации. Самой затратной частью является сжижение, на него уходит около 4096 себестоимости СПГ, так как требуется строительство завода по сжижению газа. Цена такого объекта в среднем составляет от EUR 5 млн.
Таким образом, производственная цепочка СПГ представляет собой три этапа:
Индустрия СПГ - сложный производственно-технологический комплекс, включающий в себя сложные и дорогие решения по добыче, сжижению, транспортировке, хранению и регазификации.
Чистый СПГ не горит, не самовоспламеняется и не взрывается, плавает на поверхности воды, не смешиваясь с ней. На открытом пространстве при нормальной температуре СПГ возвращается в газообразное состояние и быстро растворяется в воздухе. При испарении природный газ может воспламениться, если произойдет контакт с источником пламени. Для воспламенения необходимо иметь концентрацию испарений в воздухе от 5 до 1596. Если концентрация не превышает 596, то испарений недостаточно для начала возгорания, а если более 1596, то в окружающей среде становится слишком мало кислорода. Для использования СПГ регазифицируется — то есть испаряется без присутствия воздуха.
Среди преимуществ СПГ выделяют то, что он:
В выхлопных газах двигателей, использующих СПГ, практически отсутствуют канцерогенные вещества, дым, вдвое меньше оксида азота, на 25-3096 меньше диоксида углерода, что может быть решающим фактором в условиях ужесточения требований к охране окружающей среды.
Резервуары для хранения СПГ производятся по принципу «емкость в емкости». Внутренняя емкость выполняется из нержавеющей стали и рассчитана на температуры до -19б°С, а более простая по исполнению внешняя емкость сделана из углеродистой стали. Пространство между емкостями заполняется специальным теплоизоляционным материалом — перлитом. Но основным способом обеспечения теплоизоляции является создание и поддержание вакуума в пространстве между емкостями.
Главным плюсом СПГ по сравнению с природным газом называют простоту транспортировки и отсутствие серьезной привязки к месту выработки. Минусами являются технологическая сложность и высокая стоимость производства.
Использование СПГ в качестве энергоносителя позволяет одновременно решать несколько задач:
Первый в истории завод по сжижению природного газа был построен в 1905 году, функционировать он начал пять лет спустя. Завод носил экспериментальный характер и не подходил для коммерческого использования. Лишь в 1941 году, в Огайо, был построен первый полноценный завод СПГ, что стало началом развития этого сегмента рынка энергоносителей. В 1959 году в Луизиане был создан первый танкер, пригодный для транспортировки СПГ. Это позволило доставлять сжиженный природный газ потребителям за пределы США (первым импортером СПГ стала Япония в конце 1960-х гг.).
Начало применения СПГ в нашей стране относится к 50-м годам прошлого века, именно тогда впервые был предпринят опыт применения жидкого метана для газоснабжения сельских районов и топлива для автомобильного и железнодорожного транспорта. Впоследствии интерес к СПГ заметно снизился, сначала из-за открытия месторождения природного газа в Западной Сибири и строительства магистральных газопроводов, а затем из-за сложной экономической ситуации конца 80-х и 90-х годов.
Внутренняя емкость резервуара для хранения СПГ выполняется из нержавеющей стали и рассчитана на температуры до -196°С, а более простая по исполнению внешняя емкость сделана из углеродистой стали. Пространство между емкостями заполняется специальным теплоизоляционным материалом — перлитом.
В 2006 году, в поселке Пригородное, на острове Сахалин, в рамках проекта «Сахалин-2», началось строительство первого российского СПГ завода. Его запуск был произведен 18 февраля 2009 года. Реализация этого проекта позволила начать регулярные поставки российского СПГ на рынки стран Азиатско-Тихокеанского региона.
Повышенный спрос на СПГ привел к тому, что продукция предприятия была законтрактована на основе долгосрочных договоров (сроком действия от 20 лет и более) еще до окончания строительства объекта. Заказчиками выступили Япония, Южная Корея и Северная Америка.
Плановой мощностью завода «Сахалин-2» должно было стать производство 9,6 миллиардов м3 СПГ. В 2009 году предприятие произвело 5,5 миллиардов м3.
В 2010 году производство было увеличено почти вдвое, и составило более 10 миллиардов м3.
Следующим шагом развития сферы производства сжиженного природного газа в России станет создание СПГ-проекта на базе месторождений полуострова Ямал.
ОАО «Газпром» в рамках стратегии развития компании ставит перед собой цель добиться производства 80 - 90 миллионов тонн сжиженного природного газа в год, что при текущих темпах развития производства в других странах, составит около 2596 мирового рынка.
Развитие производства по выработке СПГ стало одним из приоритетных направления развития промышленности в России. В октябре 2010 года премьер-министр В. В. Путин поручил правительству проработать вопрос о внесении льгот для газодобывающих компаний, работающих на шельфе и в сфере СПГ. По проекту компании смогут получать налоговые льготы вплоть до момента выхода месторождений до определенного уровня рентабельности.
Если говорить о технологии производства сжиженного природного газа, то схема сжижения газа такова: газ высокого давления с выхода компрессора автогазонаполнительной компрессорной станции, проходит теплообменник рекуператор и поступает во фреоновый теплообенник-испаритель. В тепло-обеннике-испарителе происходит охлаждение газа прямого потока высокого давления за счет испарения жидкого фреона. Холодильная машина обеспечивает подачу жидкого фреона в теплообменник-испаритель и откачку образующихся при кипении фреоновых паров.
Проходя теплообменник-рекуператор, газ высокого давления продолжает охлаждаться. После теплообменника рекуператора осуществляется дросселирование газа высокого давления и его частичное сжижение. Парожидкостная смесь поступает в систему хранения, где происходит сепарация образующейся парожидкостной смеси. Сжиженный природный газ остается в системе хранения, а холодный газ низкого давления выводится из системы хранения в теплообменники рекуператоры.
Выходя из теплообменника-рекуператора, газ низкого давления поступает на компрессор (например, АГНКС) и сжимается до высокого давления. Применение данной технологии обеспечивает производительность 3700 нм3 в час.
Эффективность установок по сжижению магистрального природного газа может быть существенно повышена за счет применения технологий с использованием криогенных газовых машин (КГМ), работающих по циклу Стирлинга. При использовании КГМ Стирлинга сжижение осуществляется при постоянном давлении за счет работы рефрижератора и отвода теплоты от сжижаемого газа. Таким образом, процесс основан целиком на внешнем охлаждении, при этом влага, СО2 и другие примеси вымораживаются на стенках устройства (вымораживателя) в конденсаторе КГМ, что позволяет не применять дорогостоящие системы предварительной очистки газа. Особенностью КГМ Стирлинга является возможность сжижения 100 96 подаваемого газа как высокого, так и низкого давления.
В общем случае к технологиям сжижения магистрального природного газа предъявляются следующие требования: компактность оборудования; простота эксплуатации; высокий коэффициент сжижения; низкое энергопотребление и т. д. В конечном счете выбор технических решений и принципиальных схем установок по производству СПГ для мини-заводов должен проводиться на основе комплексного технико-экономического анализа, учитывающего все особенности и условия осуществления проекта.
Стоимость криогенных сосудов достаточно высока и для поддержания необходимой температуры требуется дополнительная энергия. Соответственно, возведение отопительных систем на основе СПГ имеет смысл для газификации крупных поселков или промышленных объектов. Примером может служить поселок в Приозерске (Ленинградская обл.), где такая система уже успешно функционирует.
По подсчетам ученых, при существующих темпах потребления, необходимые объемы природного газа могут быть обеспечены путем создания двух типов установок: производительностью 0,8 — 1 т/ч и 10-12 т/ч. Создание таких установок позволит разместить их в районах потребления с забором природного газа от магистральных трубопроводов или отводов от них, практически исключив перевозки этого горючего по стране и разгрузив железные дороги, что чрезвычайно важно.
Крупные установки получения СПГ должны создаваться в основном для экспорта продукции. Они должны выполняться по современным термодинамическим схемам с минимальными затратами энергии на получение единицы продукции и низкой стоимости.
.svg)
