Объем мирового потребления гелия составляет примерно 170 млн куб. м в год, спрос в России не превышает 5 млн куб. м. В мировом масштабе это относительно небольшая величина. Однако гелий – ключевой элемент для множества отраслей промышленности, причем именно в высокотехнологичном сегменте. Основной двигатель мирового спроса на гелий сегодня находится в Азии. Строящийся в районе г. Свободного Амурский газоперерабатывающий завод (ГПЗ) сможет обеспечить растущее внутреннее потребление гелия, а также порядка 30% глобального рынка. В перспективе, это предприятие может вывести Россию в мировые лидеры производства гелия. О перспективах "солнечного газа" - в материале журнала "Газпром".
Мировая кладовая
Гелий называют солнечным газом, так как он был впервые обнаружен во второй половине XIX века при изучении солнечного спектра, а на Земле его заметили гораздо позднее, при изучении вулканических выбросов. Сегодня гелий применяется в разных областях. Каждый из нас ежедневно пользуется в повседневной жизни приборами и устройствами, для производства которых применяется этот инертный газ. Его также можно обнаружить в ряде энергосберегающих ламп (в составе смеси газов).Гелий входит в состав «искусственного воздуха» для водолазов и космонавтов, медицинских дыхательных смесей, с его помощью выявляют утечки, используют в космических летательных аппаратах для создания избыточного давления в топливных баках. Еще одна важная сфера использования гелия – создание чистых сред для производства оптоволоконного кабеля и жидкокристаллических экранов, без которых уже невозможно представить себе нашу жизнь. И, конечно же, нельзя не упомянуть, что 10% всего газообразного гелия ежегодно приходится на долю шариков для праздников и рекламы.
Уникальность жидкого гелия в том, что это самый низкокипящий компонент на Земле, он переходит в жидкое состояние при минус 269 градусах Цельсия. Это температура близка к температуре открытого космоса и лишь немногим теплее абсолютного нуля. Сегодня научный мир просто не может обойтись без этого продукта – он нужен для изучения криогенных процессов, получения эффекта сверхпроводимости при сверхнизких температурах, создания на ее основе сверхсильных магнитных полей, которые нужны для работы адронного коллайдера и других устройств для масштабных научных исследований.
Большие выгоды сулит применение холода жидкого гелия в энергетике больших мощностей. Переход на сверхпроводящие материалы в линиях электропередач большой протяженности, турбогенераторах, электродвигателях, трансформаторах и т.д. позволит значительно уменьшить их массу и размеры, увеличить единичную мощность в сотни раз, уменьшить потери электроэнергии. В медицине жидкий гелий необходим в магнитно-резонансных томографах.
Фото: Pixabay
В наши дни применение гелия растет синхронно с ходом технического прогресса, гелий везде – от детских праздников до космических аппаратов. Но единственное сырье для промышленного получения на земле «солнечного газа» – это газ природный. Крупнейшими поставщиками гелия на мировой рынок сейчас являются США, Катар и Алжир. За последние пять лет доля Соединенных Штатов в мировом производственном балансе снизилась с 67% до примерно 56% и продолжает сокращаться. Катар и Алжир занимают соответственно около 28% и 9% рынка. России принадлежит пока лишь 3% мирового рынка гелия.Но если взглянуть на запасы, открывается совершенно иная картина. В нашей стране сосредоточено порядка 29% всех мировых запасов уникального газа. Главные газоконденсатные месторождения, содержащие гелий, находятся на южных окраинах Сибирской геологической платформы. К числу самых крупных гелийсодержащих газоконденсатных месторождений относятся Ковыктинское и Дулисьминское в Иркутской области, Чаяндинское, Среднеботуобинское, Тас-Юряхское, Верхневилючанское в Республике Саха (Якутия), а также Собинское и Юрубчено-Тохомское в Красноярском крае. Концентрация гелия в природном газе здесь составляет от 0,15% до 1%.
Для сравнения, на данный момент промышленное производство гелия у нас ведется только на Оренбургском нефтегазоконденсатном месторождении, где содержание гелия составляет 0,045%. Еще в конце 1960-х годов здесь было создано гелиевое производство, полностью основанное на разработках российских специалистов и отечественных технологиях, что позволило получать гелий внутри страны и покрывать потребности советской промышленности.
Освоение месторождений Восточной Сибири и Дальнего Востока – это новый шаг, необходимый для развития российского промышленного потенциала, один из важнейших процессов, стартовавших в нашей стране за последние полтора десятка лет. И он открывает новые перспективы развития самых малозаселенных регионов России. В ближайшее время начнется эксплуатация Чаяндинского месторождения (содержание гелия здесь очень высокое – до 0,45%), а затем Ковыктинского (содержание гелия – 0,28%). Еще в 1990-х годах одно из них уже планировалось использовать для экспорта природного газа в Китай. Но при этом не было понимания, как эффективно извлекать из него полезные компоненты. И гелий – не единственный из них. Газ восточных месторождений содержит также этан, пропан, бутан, пентан-гексановую фракцию.
Фото: Газпром
Сегодня предполагается не просто запустить газопровод «Сила Сибири», который позволит газифицировать восточные регионы и обеспечить поставки газа в КНР. В рамках проекта освоения восточных месторождений России строится Амурский газоперерабатывающий завод. На нем из газа Чаяндинского и Ковыктинского месторождений будут извлекаться все полезные компоненты. Предприятия с такой технологической цепочкой в нашей стране еще не было. В числе наиболее ценных продуктов Амурского ГПЗ будет гелий. Но парадокс заключается в том, что большое содержание «солнечного газа» в месторождениях – это не только удача, но и проблема.Без переизбытка
Гелий в недрах Восточной Сибири – поистине наш золотой запас, но в то же время необходимо помнить, что избыточное предложение продукта на мировом рынке обрушит цены. Нам нужно будет постепенно, по мере роста спроса, наращивать продажи и, соответственно, производство гелия. Во время разработки проекта строительства Амурского ГПЗ возник ключевой вопрос: как регулировать долю «солнечного газа» в поступающем на завод сырье и объем получаемого продукта.Оставлять часть гелия в природном газе, который пойдет на экспорт, неразумно. Это было очевидно специалистам отрасли. Покупатель может самостоятельно извлекать этот ценный газ, снижая тем самым необходимость в поставках из России. Китай сегодня является одним из его крупнейших потребителей в АТР и демонстрирует растущий спрос. В целом доля Азии в мировом спросе за последнее десятилетие значительно выросла и в настоящий момент составляет порядка 45–50%.
Учитывая также, что гелий – невозобновляемый ресурс и его запасы ограничены, наиболее грамотное решение – отправлять часть извлекаемого гелия в подземное хранилище. Оно представляет собой полость в недрах земли, из которой уже добыт природный газ. Для извлечения гелия на месторождении используются мембранные технологии.
Фото: Газпром
Мембранная технология эффективна для регулирования содержания гелия в сырьевом газе в условиях месторождений и позволяет существенно снизить объем капитальных вложений при их обустройстве. А для дальнейшего получения товарного гелия на предприятии используется криогенное разделение газа. В данном случае в условиях восточносибирских месторождений мембранные технологии подошли как нельзя лучше, ведь возвращать в пласт планируется газ, обогащенный гелием до 30%. Эта оценка была подтверждена испытаниями промышленного мембранного модуля в реальных промысловых условиях в Иркутской области. В этой технологии применяется последнее поколение мембран, состоящих из пористого полимерного волокна – перспективная разработка, которая сегодня находит всё большее применение в разных отраслях промышленности.Технико-экономические расчеты показали, что мембранный метод при обустройстве месторождений предпочтительнее криогенного для выделения части гелия из газового потока: по относительным капитальным вложениям в установки извлечения гелия – на 49%, а по относительным расходам на извлечение газа – на 55,8%.
Остальной поток газа, содержащий гелий, будет направляться в составе природного газа по «Силе Сибири» на криогенное производство Амурского ГПЗ с уже заданным содержанием гелия, которое экономически предпочтительнее для выделения нужного товарного объема газа в определенный момент времени. Таким образом, специалистами «Газпрома» создана экономически оправданная цепочка: мембранная система позволяет оперативно изменять содержание гелия в сырьевом газе, поступающем на завод, а производство на Амурском ГПЗ обеспечивает уменьшение или увеличение выпуска продукта в соответствии с запросами потребителей.
Судьба «солнечного газа»
На Амурском ГПЗ предусмотрены три установки тонкой очистки, сжижения и затаривания гелия мощностью 20 млн куб. м товарного гелия в год каждая. Общая производительность предусмотрена на уровне 60 млн куб. м в год в пересчете на газообразный гелий. Это сопоставимо с объемом, который в прошлом году был произведен в США.
Фото: Газпром
В рамках первой очереди Амурского ГПЗ компания «Газпром переработка Благовещенск» (заказчик и инвестор этого проекта) запустит в эксплуатацию первую установку в 2021 году. Вторую планируется ввести в строй в первой половине 2022 года, а третью – в конце 2023-го. При этом «Газпром» уже давно ведет маркетинговую работу на международном рынке. В портфеле «Газпром экспорта» имеются долгосрочные контракты с крупными игроками. Одновременно прорабатывается создание дополнительных мощностей по производству «солнечного газа». Такая возможность предусмотрена проектным решением, но всё будет зависеть от рыночной ситуации. Технологическая цепочка получения гелия состоит из трех частей: извлечение азотно-гелиевой смеси из природного газа, тонкая очистка гелия и затем сжижение.В 2015 году «Газпром» выбрал компанию Linde в качестве лицензиара технологии переработки природного газа для Амурского ГПЗ. Эта компания является стратегическим партнером «Газпрома» и участвует во многих его проектах, где применяются криогенные технологии.
На Амурском газоперерабатывающем заводе Linde отвечает за проектирование и поставку установок выделения этана и широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), удаления азота и получения азотно-гелиевой смеси и тонкой очистки, сжижения и затаривания гелия. Для перевода «солнечного газа» в жидкое состояние будут применяться криогенные технологии, в них для получения холода используются детандеры, которые понижают температуру потока за счет совершения газом работы.
Полученный жидкий гелий будет поступать в блок хранения и отгрузки. В состав блока хранения входят криогенные емкости типа сосудов Дьюара. Далее жидкий гелий будет заливаться в криогенные автоцистерны, каждая из которых способна перевезти по 4,5 т «солнечного газа». Такие ISO-контейнеры – это высокотехнологичные резервуары с многослойной изоляцией, ведь они перевозят чрезвычайно холодную жидкость. Перемещать подобное оборудование по железной дороге крайне рискованно, поэтому выбран именно автотранспорт. Логистическую инфраструктуру доставки жидкого гелия до портов Дальнего Востока для отгрузки на экспорт сегодня создает компания «Газпром газэнергосеть гелий». Расстояние от завода до строящегося логистического центра обслуживания гелиевых контейнеров в районе Владивостока составляет около 1,5 тыс. км. В центре контейнеры будут должным образом обрабатывать и отправлять в порт для отгрузки на экспорт. Также планируется, что в рамках логистического центра будут обслуживаться и потребители из восточных регионов России.
Реализуя Восточную газовую программу, специалисты ПАО «Газпром» решают целый комплекс задач – технологических, маркетинговых, логистических. Это далеко не просто «труба в Китай», как иногда пытаются представить далекие от отрасли «эксперты». Масштабный проект охватывает огромную территорию, предусматривает создание одного из крупнейших в мире предприятий по переработке газа – Амурского ГПЗ. В перспективе завод даст новый импульс развитию регионов Восточной Сибири и Дальнего Востока, а также обеспечит нашей стране ведущие позиции на мировом рынке «солнечного газа», который как воздух необходим для развития в стране высокотехнологичных производств.
Юрий Лебедев, генеральный директор ООО «Газпром переработка Благовещенск»
