ПАО «Газпром» возводит завод по сжижению газа в Усть-Луге по собственной технологии. До 2022 года производители СПГ использовали лицензии западных компаний. Теперь и «Новатэк», и «Газпром» разработали свои технологии. Но этого оказалось мало.
Фото: ПАО «Газпром» Газовый монополист вслед за «Новатэком» запатентовал собственную технологию сжижения газа
Елена Иванова
Не запасы газа, а технологии сжижения стали конкурентным преимуществом
Мировой рынок СПГ вступил в новую технологическую эпоху. Если еще десять лет назад на рынке доминировали те компании, у которых были большие запасы газа и рынки сбыта, то сегодня ключевым фактором успеха становится технология сжижения. Именно она определяет капитальные затраты проекта, расход энергии, себестоимость производства и конкурентоспособность продукции.
До 2022 года весь мировой рынок СПГ контролировали четыре компании-разработчики технологий.
Air Products and Chemicals, Inc. — одна из крупнейших в мире американских инжиниринговых и промышленных компаний. Она мировой лидер в области технологий производства сжиженного природного газа (СПГ) с выручкой 13 млрд долларов в год и капитализацией 70 млрд. В России технологии Air Products использованы в проекте «Сахалин -2» и «Ямал СПГ».
Еще одна американская компания ConocoPhilips продвигает каскадную технологию Optimized Cascade.
С ними конкурируют две европейские компании — немецкая Linde и голландская Shell. Для Усть-Луги и новатэковского «Арктик СПГ» была выбрана немецкая лицензия, но сотрудничество закончилось после 2022 года взаимными судебными исками на десятки миллиардов евро.
В результате и «Новатэку», и «Газпрому» пришлось создавать свои собственные технологические цепочки.
Задача перед производителями СПГ в России стояла не из легких. Главная проблема сегодня заключается уже не столько в самой технологии охлаждения, сколько в создании оборудования, которое раньше поставляли западные компании. Для полной независимости необходимо освоить производство криогенных теплообменников большого диаметра, высокомощных компрессоров (60–100 МВт и выше), газовых турбин для привода компрессоров, криогенной арматуры, а также современных систем автоматизации и управления. Именно эти элементы являются наиболее сложными и определяют надежность и эффективность крупнотоннажных СПГ-заводов.
Эволюция технологий
Производство сжиженного природного газа основано на охлаждении природного газа до температуры около –162 °С, при которой его объем уменьшается примерно в 600 раз. Благодаря этому СПГ становится удобным для хранения и морской транспортировки.
Несмотря на кажущуюся простоту процесса, именно стадия сжижения остается самой сложной и капиталоемкой частью всего СПГ- проекта. На нее приходится значительная доля стоимости строительства завода и основная часть энергозатрат предприятия.
Развитие технологий шло по двум направлениям — экстенсивному, когда увеличивались мощности отдельных технологических линий (train), и интенсивному. Разработчики технологий совершенствовали термодинамические циклы, теплообменники, компрессоры и схемы охлаждения, позволяющие снижать энергопотребление и капитальные затраты.
Если в начале 2000-х годов главным способом снижения себестоимости считалось увеличение размеров технологических линий, то сегодня отрасль постепенно переходит к другому этапу. Дальнейшее масштабирование становится все более сложным. Возрастают размеры теплообменников, повышаются требования к надежности компрессоров, как следствие, увеличивается стоимость строительства. Поэтому акцент смещается на совершенствование оборудования и оптимизацию холодильных циклов, что позволяет получать экономический эффект без экстремального увеличения размеров установок.
Фото: ep-bd AP-X использует дополнительный азотный цикл
Мировой стандарт отрасли и другие технологии
За последние десятилетия сформировалось несколько базовых технологий крупнотоннажного производства СПГ.
Наиболее распространенной технологией стала схема C3MR (Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant), разработанная Air Products. Предварительное охлаждение газа производится пропаном, окончательное — смешанным хладагентом. Американские инженеры и технологи добились значительной минимизации оборудования и высокой энергоэффективности. Именно по технологии C3MR построено большинство крупнейших СПГ-заводов мира.
Технология Dual Mixed Refrigerant компании Linde использует два смешанных холодильных цикла. Она особенно эффективна при эксплуатации в холодном климате, поэтому широко рассматривается для арктических проектов.
Следующим этапом развития стала технология AP-X, также разработанная Air Products. Ее особенностью стало применение дополнительного азотного холодильного цикла, что позволило значительно увеличить производительность одной технологической линии. Если первые СПГ-заводы выпускали 2–3 млн тонн СПГ в год на одну линию, то современные линии AP-X способны производить свыше 7 млн тонн в год. Именно увеличение мощности отдельных линий стало одним из важнейших факторов снижения удельной стоимости строительства.
Фото Русхимальанс Русхимальанс — оператор проекта СПГ в Усть-Луге
Российское, импортозамещенное
До 2022 года российские проекты СПГ в значительной степени опирались на зарубежные технологии и оборудование — прежде всего Air Products и Linde. После введения санкционных ограничений ключевой задачей стало создание собственной технологической базы.
Сегодня в нашей стране фактически развивается три поколения технологий крупнотоннажного СПГ, каждое из которых решает разные задачи. Если «Арктический каскад» создавался как первая отечественная альтернатива западным лицензиям, то «Арктический микс» должен был устранить его недостатки, а для комплекса в Усть-Луге разрабатывается уже технология нового поколения, ориентированная на максимальное импортозамещение и более высокую производительность.
«Арктический каскад» — это первая российская технология крупнотоннажного СПГ, разработанная специально для арктических условий. Она была реализована на четвертой линии проекта «Ямал СПГ» мощностью около 0,9 млн т СПГ в год.
Большинство мировых технологий рассчитано на работу при температуре воздуха +25…+35 °С. В Арктике температура зимой достигает –40…–50 °С. Российские инженеры решили использовать этот бесплатный холод как часть технологического процесса.
Вместо классической схемы C3MR используются мешанный холодильный цикл, азотный цикл и естественный холод окружающего воздуха. За счет этого снижается расход электроэнергии и сокращается использование дорогостоящего холодильного оборудования.
Однако на практике выяснилось, что технология оказалась значительно сложнее расчетов. Возникли проблемы со стабильностью режима. Отдельные узлы показали недостаточную надежность, а автоматическое управление процессами сбоило. Поэтому проект не смог сразу выйти на проектную производительность. На смену «Каскаду» пришел «Арктический микс».
Разработка «Газпрома» для Усть-Луги — это технология следующего поколения.
Фото: АСОП Усть-Луга — первый крупнотоннажный российский завод СПГ
Завод СПГ в Усть-Луге — крупнейшая стройка газовой отрасли
Самая интересная разработка последних лет создается для комплекса переработки газа и производства СПГ в Усть-Луге. Здесь отлаживается строительство линий мощностью 6-8 млн тонн СПГ в год.
По открытым данным, технология использует полностью российскую систему автоматизации, отечественные компрессоры, российские теплообменники, новые составы смешанных холодильных агентов. При этом принцип остается близким к лучшим мировым решениям — предварительное охлаждение газа с последующим глубоким охлаждением в многоступенчатом смешанном холодильном цикле.
В проект входят три производства:
Газоперерабатывающий комплекс (ГПК);
СПГ-завод («Балтийский СПГ»);
Газохимический комплекс по выпуску полимеров.
Ближе всего к готовности находится газоперерабатывающий комплекс. По данным руководства «Газпрома», на конец 2025 года строительная готовность комплекса достигла около 70%, а ввод первой очереди по-прежнему планируется в 2026 году. Вторая очередь должна быть введена в 2027 году.
Наиболее сложной частью строительства оказался завод СПГ после введения санкций. До 2022 года проект строился по лицензии Linde, однако немецкая компания прекратила участие.
Поэтому первая линия СПГ должна быть введена в 2027 году, а вторая линия — в 2028 году.
Параллельно строится крупнейший в России газохимический комплекс. Он будет использовать выделяемый этан для производства полиэтилена и другой продукции глубокой переработки газа. Запуск также разделен на две очереди — 2026 и 2027 годы.
Кто поставляет оборудование после ухода Linde
Информации о поставщиках оборудования для Усть-Луги в открытых источниках немного, однако по закупочной документации можно составить достаточно полную картину.
Самое сложное оборудование и «сердце» завода СПГ — это криогенные теплообменники. После 2022 года немецкие агрегаты заменили на российские. Сегодня основными российскими разработчиками и потенциальными поставщиками считаются инжиниринговые подразделения «Газпрома» и «РусХимАльянса», которые координируют адаптацию технологии и интеграцию оборудования, а также «Криогенмаш» — ведущий российский производитель криогенного оборудования. Компания разрабатывает и выпускает оборудование для СПГ, включая теплообменные аппараты, резервуары и технологические системы.
Эксперт фонда национальной энергетической безопасности, научный сотрудник Финансового университета при правительстве РФ Станислав Митрахович был недавно на Дальнем Востоке, где работает проект СПГ «Сахалин — 2». Там вопрос импортозамещения спиралевидных обменников после ухода Shell не стоял, однако и тогда возникли вопросы:
— Вопрос был в том, как сделать, чтобы всё работало, а оно уже всё было построено. Нам показывали картинки с теплообменниками, по которым проходит газ, чтобы его охладить. Он проходит через систему трубочек, которые тянутся внутри системы на многие сотни километров. Был вопрос в том, что их можно сделать из алюминия, что более сложно, или из стали. Россия освоила производство из стали, а из алюминия пока нет. Поэтому большие вопросы, как эти технологии заработают и на проекте «Арктик СПГ — 2» и на проекте в Усть-Луге. Годы прошли, а проект в Усть-Луге не готов. У меня нет понимания, насколько эта технология доведена до совершенства.
Компрессоры — еще один критически важный элемент СПГ-завода. Их производят на «Казанькомпрессормаш», предприятии, выпускающем центробежные компрессоры для газовой отрасли. «РЭП Холдинг», который входит в группу «Газпром Индустриальные активы», выпускает газоперекачивающие агрегаты и компрессорное оборудование.
Предполагалось, что газовые турбины для завода в Усть-Луге будет поставлять Mitsubishi Heavy Industries, а также другие западные компании. Сейчас рассматриваются российские решения газпромовской компании, ОДК либо «Силовых машин».
Как проект на Сахалине помогает строительству завода под Петербургом
Проект «Сахалин — 2» стал для российской газовой отрасли школой крупнотоннажного завода СПГ. Там были подготовлены кадры, которые потом работали на других российских проектах в Арктике.
Именно этот опыт лег в основу последующих российских проектов. Парадоксально, но наиболее ценные знания «Сахалина-2» связаны не с технологией сжижения, а с эксплуатацией. Лицензионные технологии Air Products и часть конструкторской документации остаются интеллектуальной собственностью разработчика и не могут быть свободно использованы при создании нового завода. Россия получила бесценный опыт в областях, которые невозможно купить отдельно. Речь идет об эксплуатации криогенных систем, обслуживании СПГ-заводов, управлении крупнотоннажным производством.
Поэтому Усть-Луга фактически является попыткой создать первую полноценную российскую технологическую платформу крупнотоннажного СПГ, опираясь на накопленный опыт эксплуатации, но без использования зарубежных лицензий.
Эксперты полагают, что было бы разумнее объединить усилия, поскольку задачи, которые решают и «Новатэк», и «Газпром», тривиальными назвать нельзя. Как рассказал в интервью журналу «Химагрегаты» Станислав Митрахович, темплообменник — это трубки, завинченные и работающие специальным образам, но на самом деле это высокие технологии. А раз так, почему бы компаниям не объединить усилия:
— У «Новатэка» это то, что они называют «Арктический каскад», то, что отчасти реализовано на «Ямал СПГ», на его четвёртой линии маленькой. Эта наработка, которую используют на «Арктик СПГ — 2». И есть наработка, которая была у «Газпрома». Мне всегда казалось, что лучше было бы скоординировать работу этих двух компаний в виде нацпроекта по импортозамещению под руководством правительства, чем делать параллельно эти два проекта. Но как я понимаю, «Газпром» и «Новатэк» всё разработали самостоятельно.
Пока сроки на Усть-Луге не сдвигаются вправо, хотя понятно, что система будет еще долго обкатываться и лечиться от детских болезней, поскольку весь комплекс — это не только проверка возможностей инжиниринговых компаний, но и надежность десятков смежников и поставщиков оборудования.