Среднетоннажка обеспечит Роснефти сокращение срока начала эксплуатации СПГ-заводов и возврата инвестиций.
Роснефть запатентовала способ сжижения природного газа на одиночном смешанном хладагенте (СХА) Энергия Восхода.
Об этом стали говорить 12 декабря 2023 г., хотя сам патент был получен ранее.
Остановимся подробнее на этой среднетоннажной технологии производства СПГ.
Энергия Востока
Заявку в Роспатент Роснефть на собственную технологию производства сжиженного природного газа (СПГ) подала 8 августа 2023 г., с это дня отсчитывается срок действия патента.
Патент RU 2 803 441 C1:
зарегистрирован 13 сентября 2023 г.;
касается способа производства СПГ на СХА Энергия Восхода и установки для его осуществления.
Технология Энергия Восхода включает следующие этапы:
подготовленный природный газ по трубопроводу подается в Блок главного криогенного теплообменника (БГКТ) установки сжижения;
в БГХТ с помощью СХА природный газ охлаждают до температуры от -50 до -40°С;
затем газ подается в Блок С2+, где происходит его разделение на 2 потока:
поток обогащенного метаном природного газа,
поток широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ),
обогащенный природный газ возвращается в БГКТ для охлаждения до температуры -160°С и его последующей отгрузки с установки в качестве СПГ,
поток ШФЛУ сразу направляют на отгрузку или может использоваться далее в технологии сжижения.
Охлаждение природного газа в БГКТ
Охлаждение осуществляется при помощи одиночного холодильного цикла на СХА.
газовый поток хладагента поступает в сепаратор 1й ступени СХА для отделения капельной влаги перед входом в компрессор 1й ступени;
сжатый поток СХА низкого давления направляют в охладитель 1й ступени, где он охлаждается до температуры не выше +40°С и частично конденсируется;
из охладителя выходят 2 потока:
СХА низкого давления, который направляется в сепаратор 2й ступени сжатия для последующего разделения:
газовый поток низкого давления,
жидкостный поток низкого давления,
байпасный поток СХА низкого давления, в количестве до 20% от потока, который затем подается для смешения с жидкостным потоком низкого давления;
газовый поток низкого давления направляется в компрессор 2й ступени для повторного сжатия;
далее сжатый газовый поток высокого давления направляют в охладитель 2й ступени;
затем газовый поток высокого давления поступает в теплый сепаратор СХА, где разделяется на 2 потока:
жидкостный поток высокого давления,
газовый поток высокого давления;
готовые жидкостные потоки низкого и высокого давления, а также газовый поток высокого давления подают в БГКТ для их охлаждения;
на выходе из БГКТ жидкостные потоки направляют для дальнейшего охлаждения на клапан Джоуля-Томпсона, который использует одноименный принцип (расширение газа приводит к его сопутствующему охлаждению) и применяется как байпасный клапан турбодетандера;
а газовый поток высокого давления направляется в холодный сепаратор СХА для его разделения:
газовый холодный поток высокого давления,
жидкостной холодный поток высокого давления;
оба потока затем снова подаются в БГКТ и далее вновь прогоняются через клапан Джоуля-Томпсона;
затем охлажденные жидкостные потоки низкого и высокого давления и холодные потоки высокого давления (газовые и жидкостные), направляют в БГКТ для охлаждения самих себя и потока природного газа.
на финальном этапе все 4 потока в БГКТ объединяют в единый поток СХА и их снова направляют в начало цикла.
Эффективность технологии Энергия Востока:
использование дополнительного жидкостного потока низкого давления;
применение операции по разделению СХА низкого давления, в результате чего дополнительный байпасный поток СХА низкого давления смешивается с жидкостным потоком низкого давления;
учтена дополнительная операция по разделению газового потока высокого давления.
Возможности модификации техпроцесса.
2 способа, в которых задействуется ШФЛУ для дополнительного охлаждения либо потока природного газа, либо потоков СХА:
поток ШФЛУ направляется в дополнительный теплообменник, размещенный перед БГКТ, в котором происходит дополнительное охлаждение природного газ за счет теплообмена с потоком ШФЛУ;
поток ШФЛУ направляют в дополнительный теплообменник, размещенный перед БГКТ, в котором производят дополнительное охлаждение жидкостных потоков низкого и высокого давления, а также газового потока высокого давления за счет теплообмена с потоком ШФЛУ.
Это позволяет преодолеть недостатки существующих среднетоннажных технологий сжижения на основе одиночного холодильного цикла с использованием СХА - низкую эффективность теплообмена и нерациональное использование энергоресурсов.
Предварительное охлаждение природного газа или СХА потоком ШФЛУ позволяет использовать часть энергии общего потока СХА, получаемой при испарении для увеличения производительности товарного СПГ, за счет чего повышается производительность установки.
При этом примение варианта с допохлаждением потоков СХА за счет ШФЛУ наиболее эффективно в теплом климате, когда температура окружающего воздуха +15°С и выше.
Технология Энергия Востока может быть реализована при помощи установки для сжижения природного газа в 3 вариантах размещения:
на суше;
в море на судне,
на плавучей платформе, в т.ч. в условиях арктического климата.
Состав Установки сжижения природного газа:
блок главного криогенного теплообменника:
одну или несколько секций пластинчато-ребристых или спиральновитых теплообменников,
трубопроводы,
запорную и регулирующую арматуру,
средства автоматизации.
блок отделения С2+,
5 сепараторов СХА,
2 компрессора,
2 охладителя,
трубопроводы,
клапаны Джоуля-Томпсона.
Осуществимость всех вариантов заявляемого способа и возможности реализации конструкции установки были протестированы проведением многочисленных вариантов термодинамических циклов и технологических расчетов оборудования.
Проведенные испытания показали повышение производительности по СПГ по сравнению с аналогичными технологиями.
Куда смотрит Роснефть?
В настоящее время известны способы по сжижению природного газа, в основу которых положен принцип его глубокого охлаждения.
Наиболее распространенными технологиями производства СПГ по совокупной мощности сжижения в мире:
AP-C3MR (Air products and Chemicals);
Optimized Cascade (ConocoPhilips);
DMR (Shell).
Эти технологии используются для строительства крупнотоннажных заводов по сжижению природного газа с мощностью единичной линии (train) выше 1 млн т/год.
В последнее время наметилась тенденция по строительству заводов, состоящих из большого количества среднетоннажный технологических линий единичной мощностью до 1 млн т/год:
используется технология одиночного холодильного цикла с использованием СХА;
количество линий сжижения - до 20 ед., против 2-4 линий при строительстве заводов с использованием крупнотоннажных технологий.
Преимущества заводов с среднетоннажными линиями:
малое количество используемого оборудования,
простота эксплуатации,
компактность размещения,
высокая скорость строительства и ввода технологических линий,
возможность начала возврата инвестиций в кратчайшие сроки с 1й построенной линией,
сокращение срока начала эксплуатации и возврата инвестиций на 40-50% по сравнению с крупнотоннажными технологиями.
Получение патента становится дополнительным стимулом для развития будущих СПГ-проектов Роснефти.
В марте 2023 г. правительство РФ предложило расширить географию месторождений, откуда разрешен экспорт СПГ, включив в него месторождения, расположенные за Полярным кругом.
Замминистра энергетики РФ А. Бондаренко поясняла: новая норма будет распространена на 36 месторождений Роснефти в Красноярском крае, НАО и ЯНАО.
В начале ноября 2023 г. В. Путин подписал ряд законов, расширяющих возможности экспорта СПГ, в т.ч. ФЗ, разрешающий компаниям, контролируемым государством, экспорт СПГ с месторождений, расположенных севернее 67 град. с.ш.
Что входит в новые возможности Роснефти:
Председатель комитета ГД РФ по энергетике П. Завальный отмечал, что под действие законопроекта попадают месторождения Роснефти, в частности, такие проекты как:
Таймыр СПГ (Восток газ) - СПГ-завод мощностью 22,5 млн т/год, на базе ресурсов севера Красноярского края и ЯНАО объемом до 4 трлн м3 газа,
Кара-СПГ - СПГ-завод мощностью 22,5 млн т/год на базе имеющихся запасов и ресурсов газа Карского моря;
по итогам геологоразведки предыдущих лет в рамках проекта Восток Ойл и в Карском море Роснефть открыла значительные запасы газа, но возможности их монетизации были ограничены из-за их удаленности и трудноступности;
СПГ-завод Дальневосточный СПГ для монетизации запасов газа на шельфе Сахалина в составе консорциума Сахалин-1.
проект рассматривался достаточно давно, но решение о строительстве Консорциум Сахалин-1 принял в 2019 г.,
строительство завода по производству СПГ мощностью 6,2 млн т/год планировалось в районе пос. Де-Кастри Хабаровского края, запуск планировался на 2027-2028 гг.,
в декабре 2021 г. компания TechnipFMC завершила предварительные проектно-инженерные разработки (FEED) для завода Дальневосточный СПГ,
в апреле 2022 г. проект был заморожен в результате действий ExxonMobil, которые привели к полной остановки добыче на проекте Сахалин-1,
восстановить добычу удалось в ноябре 2022 г. вновь созданному российскому оператору ООО Сахалин-1.
Клуб российских держателей СПГ-патентов
Таким Роснефть вошла в клуб держателей патентов на средне- и крупнотоннажные технологии сжижения природного газа.
Наибольшее число патентов в настоящее время числится за НОВАТЭКом, в портфеле которого 4 технологии и даже 1 реализованный проект:
среднетоннажная технология Арктический каскад, в которой в 1м контуре ожижения применяется чистый хладагент этан вместо СХА, что означает применимость технологии лишь в холодном климате. По этой технологии построена 4я линия СПГ-завода Ямал СПГ,
среднетоннажная технология Полярная звезда, в которой по сравнению с технологией Арктический каскад не используется контур азотного переохлаждения природного газа, что уменьшает количество единиц технологического оборудования и упрощает аппаратурное оформление процесса,
крупнотоннажная технология Арктический каскад модифицированный (мощность 3,5 млн т/год на линию), представляющий собой масштабированную до крупнотоннажной версию технологии Арктический каскад. По этой технологии планируется строительство завода Обский СПГ;
крупнотоннажная технология Арктический микс (мощность 7 млн т/год на линию) на смешанных хладагентах, что снимает привязку к климатическим условиям. По этой технологии НОВАТЭК планирует строительство завода Мурманский СПГ.
Своя технология сжижения есть и в портфеле Газпрома.
Еще в ноябре 2013 г. Газпром получил патент на способ сжижения природного газа и установку для его осуществления.
Технология Gazprom MR (GMR) предусматривает:
предварительное охлаждение и сжижение по циклу SMR (Single Mixed Refrigerant, т.е. с одним СХА),
переохлаждение по газовому азотному циклу,
применение многокомпонентного хладагента (азот, метан, этан, пропан, бутан, изо-пентан).
Технология разрабатывалась под так и не реализованный проект Владивосток СПГ, который изначально планировалось строить по технологии американской APCI.
Газпром ВНИИГаз изучал перспективы импортозамещения и рассматривал варианты строительства технологических линий сжижения мощностью 1 млн/год и 3 млн т/год на базе отечественного оборудования.
В 2017 г. Газпром планировал строительство опытной установки для отработки модифицированной технологии GMR, но о дальнейшем статусе проекта информации не последовало.