Сокращенный отчет - Уральский центр энергосбережения и

Российская Федерация
Ханты-Мансийский автономный округ - Югра
(Тюменская область)
ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ
по научно-исследовательской работе
“ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРИОГЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЯНОГО
ПОПУТНОГО ГАЗА В КОНДИНСКОМ РАЙОНЕ”
Заказчик: “Департамент инвестиций, науки и технологиц ХантыМансийского автономного округа - Югры”.
Разработчик:
ОАО “Уральский центр энергосбережения и экологии”
Генеральный директор: ________________Ануфриев В.П.
г. Екатеринбург
2005 г
Авторский коллектив:
Ануфриев В.П., к.т.н., генеральный директор, ОАО “УЦЭЭ”;
Ревизцева О.Н., руководитель направления эколого-экономической оценки, ОАО “УЦЭЭ”;
Чазов А.В., зам. генерального директора по экономике, ОАО “УЦЭЭ”;
Фетисова Е.А., экономист-эколог, ОАО “УЦЭЭ”;
Ярков С.Н., главный инженер - руководитель направления энергоэффективности,
ОАО “УЦЭЭ”;
Челяева Н.Ю., инженер-теплотехник, ОАО “УЦЭЭ”;
Пьядичев Э.В., зам. генерального директора по НИР, д.т.н., профессор, ЗАО “НИИПЭП”;
Манжосов К.Н., руководитель НИР, начальник отдела ССОГ, ЗАО “НИИПЭП”.
2
Содержание
Резюме
1. Анализ существующей ситуации по добыче, переработке и сжиганию нефтяного
попутного газа на факелах в Кондинском районе.
1.1. Характеристика месторождений нефтяного попутного газа в Кондинском
районе.
1.2. Оценка качественных характеристик нефтяного попутного газа, добываемого на
месторождениях Кондинского района.
2. Анализ передовых технологий по утилизации нефтяного попутного газа, ситуации
на рынке оборудования, применяемого для сжижения, транспортировки, хранения
и использования газа.
2.1. Анализ существующих криогенных технологий и рынка оборудования для
утилизации НПГ и производства сжиженного сухого отбензиненного газа,
сжиженного пропан-бутана и других продуктов переработки НПГ.
2.1.1. Общая схема переработки нефтяных попутных газов.
2.1.2. Способы разделения нефтяных попутных газов на целевые продукты.
2.1.2.1. Классификация способов разделения.
2.1.2.2. Факторы, определяющие выбор способов переработки.
2.1.3. Технологические схемы процессов переработки нефтяных попутных газов.
2.1.3.1. Низкотемпературная абсорбция (НТА).
2.1.3.2. Низкотемпературная конденсация (НТК).
2.1.3.3. Низкотемпературная ректификация (НТР).
2.1.4. Технологические схемы холодильных циклов для низкотемпературных
способов переработки нефтяных попутных газов.
2.1.4.1. Дроссельные циклы.
2.1.4.2. Детандерные циклы.
2.1.4.3. Циклы со смешанным хладоагентом.
2.1.5. Существующие криогенные технологии и оборудование для
низкотемпературной переработки НПГ.
2.1.5.1. ОАО «Ленниихиммаш».
2.1.5.2. ОАО «Криогенмаш».
2.1.5.3. Разработки института ВНИПИгазпереработка (г. Краснодар).
2.1.5.4. Разработка института ЮжНИИгипрогаз.
2.1.5.5. Разработки ВНИИГАЗ.
2.1.5.6. Компания ABB Randall Corp.
2.1.5.7. Процесс фирмы Costain Oil, Gas and Process Ltd.
2.1.5.8. Процесс фирмы «Кох Просесс Системз».
2.1.5.9. Процесс фирмы Лумус.
2.1.5.10. Технология компании «Текнип».
2.2. Определение ведущих фирм-производителей криогенного оборудования по
сжижению (утилизации) попутного нефтяного газа для данной
производительности по критерию оптимального соотношения цены и
качества.
2.2.1. Реализованные проекты создания малогабаритных установок переработки
нефтяных попутных газов.
2.2.1.1. Установки фирмы Серетра (Франция).
2.2.1.2. Установки фирмы «Costain Engineering».
2.2.1.3. Отечественные МГБУПГ.
2.2.1.4. Зарубежные МГБУПГ.
2.3. Направления применения сжиженного сухого отбензиненного газа, сжиженного
пропан-бутана и других продуктов переработки НПГ.
2.3.1. Сжиженный сухой отбензиненный газ (ССОГ).
3
2.3.1.1. Получение тепловой и электрической энергии.
2.3.1.2. Использование ССОГ в качестве моторного топлива.
2.3.2. Сжиженный пропан-бутан.
2.3.2.1. Области применения СПБТ.
2.3.3. Газовый бензин стабильный.
2.4. Обзор рынка оборудования для транспортировки и хранения сжиженного
сухого отбензиненного газа, сжиженного пропан-бутана и других продуктов
переработки НПГ.
2.4.1. Сжиженный сухой отбензиненный газ.
2.4.1.1. Оборудование для хранения.
2.4.1.2. Оборудование для транспортировки ССОГ.
2.4.2. Сжиженные углеводородные газы, газовый бензин.
2.4.2.1. Транспортировка и хранение.
2.5. Исследование технологий применения сжиженного сухого отбензиненного газа
в качестве альтернативного топлива.
2.5.1. Использование ССОГ в качестве альтернативного топлива в
коммунально-бытовом секторе.
2.5.2. Состояние и перспективы использования ССОГ в качестве топлива на
автомобильном транспорте
2.5.3 Заправочные станции ССОГ.
2.5.4. Состояние и перспективы использования ССОГ в качестве топлива на
речном транспорте.
3. Утилизации попутного нефтяного газа на месторождениях Кондинского района.
3.1. Разработка технологической схемы комплекса сжижения и разделения НПГ,
хранения и реализации продуктов утилизации.
3.1.1. Исходные данные.
3.1.2. Обобщенная технологическая схема комплекса утилизации попутного
нефтяного газа.
3.1.3. Объем производимых сжиженных газов.
3.1.4. Выбор технологической схемы сжижения и разделения нефтяного
попутного газа на углеводородные составляющие.
3.1.5. Выбор параметров хранилища ССОГ и сжиженных углеводородных газов.
Выбор оборудования.
3.1.6. Выбор параметров отгрузки ССОГ и сжиженных углеводородных газов.
Выбор оборудования.
3.2. Инвентаризация всех потребителей электрической и других видов энергии,
потребляемых при работе комплекса утилизации НПГ и расчет людских
ресурсов, необходимых для работы комплекса.
3.2.1. Описание технологической схемы установки.
3.2.2. Состав оборудования и компоновка установки.
3.2.3. Энергопотребление установки и необходимые для работы среды.
3.2.4. Управление установкой.
3.2.5. Стоимость установки.
3.2.6. Расчет людских ресурсов, необходимых для работы комплекса.
3.3. Исследование рынка энергоресурсов и сырья для химической
промышленности Кондинского и близлежащих районов и разработка схемы
реализации продуктов утилизации НПГ.
3.4. Обоснование экономической эффективности применения современных
технологий сжижения и разделения газов на основе высокоэффективных
холодильных циклов для утилизации попутного нефтяного газа в Кондинском
районе.
3.4.1. Условия расчета экономической эффективности.
3.4.2. Динамика издержек и доходов предприятия по утилизации нефтяного
попутного газа. Отчет о прибылях и убытках.
4
Расчет себестоимости производимой продукции.
Баланс и движение денежных средств.
Финансовые показатели проекта.
Доходы участников проекта и бюджетная эффективность.
Сводные показатели экономической эффективности проекта.
Обоснование сокращения выбросов парниковых газов и загрязняющих
веществ при утилизации НПГ в холодильных циклах на территории
Кондинского района.
3.5.
Оценка экономической эффективности применения сжиженного сухого
отбензиненного газа (ССОГ) для получения тепловой энергии в Кондинском
районе.
3.5.1. Условия расчета экономической эффективности.
3.5.2. Динамика издержек и доходов газоснабжающей организации. Отчет о
прибылях и убытках.
3.5.3. Расчет себестоимости производимой продукции.
3.5.4. Баланс и движение денежных средств.
3.5.5. Финансовые показатели проекта.
3.5.6. Доходы участников проекта. Бюджетная эффективность.
3.5.7. Сводные показатели эффективности проекта.
3.5.8. Обоснование сокращения выбросов парниковых газов и загрязняющих
веществ при переводе системы теплоснабжения Кондинского района на
индивидуальное отопление регазифицированным ССОГ.
Список литературы
3.4.3.
3.4.4.
3.4.5.
3.4.6.
3.4.7.
3.4.8.
5
РЕЗЮМЕ
Научно-исследовательская
работа
“Использование
криогенных
технологий
для
утилизации нефтяного попутного газа в Кондинском районе” выполнена по Договору № 12
НИР от 24 декабря 2004 года между Департаментом инвестиций, науки и технологий ХантыМансийского автономного округа - Югры и ОАО “Уральский центр энергосбережения и
экологии”. К выполнению данной работы ОАО “УЦЭЭ” привлечены специалисты ЗАО
“Научно-исследовательский институт Прикладных экологических проблем” (г. СанктПетербург).
Актуальность данной работы обусловлена следующим.
На сегодняшний день в Кондинском районе Ханты-Мансийского АО очень остро стоит
вопрос обеспечения объектов ЖКХ тепловой энергией. Основными видами топлива для
котельных Кондинского района являются уголь, нефть и дрова. Себестоимость тепловой
энергии велика и составляет от 750 до 4000 руб./Гкал. Это обусловлено малоэффективным
оборудованием котельных, большими потерями в тепловых сетях, низкой эффективностью
использования топлива. Кроме того, сжигание твердого и жидкого топлива в котельных
сопровождается выбросами значительного объема загрязняющих веществ, что приводит к
загрязнению окружающей среды.
Другая важная проблема – сжигание нефтяного попутного газа (НПГ) в факелах.
Практика сжигания НПГ в факелах широко распространена на территории округа, притом,
что
лицензионными
соглашениями
на
право
пользования
недрами
в
России
предусматривается 95%-ный уровень использования (утилизации) НПГ. К сожалению, по
разным
причинам
на
многих
месторождениях
утилизация
НПГ
экономически
нецелесообразна. Между тем, НПГ – это ценнейшей источник сырья для производства ряда
химических продуктов, а так же источник энергии. По данным Департамента по нефти, газу
и минеральным ресурсам, только на нефтяных месторождениях Кондинского района за 2003
год было сожжено 131,5 млн. м3 НПГ. По данным Управления по охране окружающей
среды, в Ханты-Мансийском АО сжигание НПГ в факелах является одним из основных
источников загрязнения атмосферного воздуха. При сжигании НПГ происходят также и
выбросы парниковых газов (диоксида углерода и метана), что приобретает все большую
актуальность в свете ратификации Россией Киотского протокола к Рамочной Конвенции
ОНН об изменении климата.
Цель данной научно-исследовательской работы - информационно-аналитический обзор
существующих криогенных технологий утилизации НПГ, обоснование эффективности
применения современных холодильных циклов для сжижения и разделения газов, входящих
в состав нефтяного попутного газа, на примере утилизации НПГ на месторождении в
6
Кондинском районе, а также обоснование экономической эффективности применения в
качестве топлива регазифицированного сжиженного сухого отбензиненного газа (ССОГ).
Отчет по научно-исследовательской работе представлен 3-мя основными главами.
В первой главе отчета приводится анализ существующей ситуации по добыче,
переработке и сжиганию НПГ на факелах в Кондинском районе, дается оценка качественных
характеристик НПГ, добываемого на месторождениях Кондинского района.
Вторая глава содержит развернутый анализ передовых технологий по утилизации НПГ,
ситуации на рынке оборудования, применяемого для сжижения, транспортировки, хранения
и использования газа, в том числе:
- исследование существующих криогенных технологий для утилизации НПГ и
производства
сжиженного
сухого
отбензиненного
газа
(метан-этановой
фракции),
сжиженного пропан-бутана и др. продуктов переработки НПГ;
- исследование технологий транспортировки и хранения сжиженного
сухого
отбензиненного газа, сжиженного пропан-бутана и др. продуктов переработки НПГ;
- исследование технологий применения сжиженного сухого отбензиненного газа в
качестве альтернативного топлива для энергетических установок в ЖКХ и промышленности,
двигателей внутреннего сгорания;
- исследование рынка оборудования, применяемого для сжижения, транспортировки,
хранения и использования газа;
- определение ведущих фирм-производителей по критерию оптимального соотношения
цены и качества.
Здесь
также рассматриваются основные направлений использования продуктов,
получаемых из НПГ, для различных целей.
В третьей главе отчета приведено обоснование возможностей и экономической
целесообразности применения современных технологий сжижения и разделения газов на
основе высокоэффективных холодильных циклов для утилизации нефтяного попутного газа
на месторождении Кондинского района.
Здесь
же
проводится
оценка
экономической
эффективности
применения
регазифицированного ССОГ в целях теплоснабжения Кондинского района и расчет
сокращения выбросов парниковых газов и загрязняющих веществ по обоим проектам.
Проведенные исследования показали, что на сегодняшний день выбор криогенной
техники и технологий для утилизации НПГ достаточно велик. Причем, данную технику
и технологии предлагают как зарубежные, так и отечественные производители и
разработчики. Выбор необходимой технологии и оборудования осуществляется исходя из
7
качественных характеристик НПГ, целей и планируемого объема его утилизации.
Определяющее значение при принятии решения о реализации того или иного проекта
принадлежит оценке экономической целесообразности.
Кроме информационно-аналитического обзора существующих криогенных технологий, в
данной работе оценивается возможность и экономическая целесообразность реализации
проекта по утилизации НПГ на одном из крупнейших месторождений Кондинского района
ХМАО.
Проект предусматривает:

Утилизацию НПГ в холодильном цикле Криопак – 23,94 млн. м3/год;

Производство в год:
 сжиженного сухого отбензиненного газа (ССОГ) - 11200 т;
 сжиженного пропан-бутанового топлива (СПБТ) - 10800 т;
 газового бензина (ГБ) - 4950 т.
Выбор технологии Криопак обусловлен следующим.
На отечественном рынке не представлено оборудование, которые полностью
соответствовало бы требуемой производительности, позволяло получать в качестве конечных
углеводородных продуктов сжиженный пропан-бутан, стабильный газовый бензин и ССОГ,
имело степень проработки, готовую к коммерческой реализации.
Крупные зарубежные компании, такие как Linde, Chart Industries, Fluor Corporation
предлагают услуги по разработке оборудования для переработки природных и попутных
газов, но, как правило, не участвуют в проектах с производительностью по производимому
продукту менее 100 тыс. т/год (около 140 млн. нм3/год по исходному сырью). Зарубежные
компании, имеющие опыт изготовления и поставки оборудования для сжижения природного
газа малой производительности, Air Products and Chemicals, Black and Veatch Pritchard, CHIV,
Harmworthy KSE, пока не имеют опыта проектирования и изготовления установок
утилизации попутного нефтяного газа с малыми производительностями (менее 100 млн.
нм3/год).
Компания Криопак применяет одни из самых эффективных на сегодняшний день
криогенных
холодильных
циклов
для
установок
переработки
газа
малой
производительности. Учитывая высокие технико-экономические показатели оборудования
Криопак и опыт компании в создании оборудования с холодильными циклами в области
криогенных температур, а также то, что компания имеет в своем активе ряд реализованных
проектов в рассматриваемой области (17 заводов в штатах Техас, Нью-Мексико, Колорадо;
завод для переработки 150000 нм3/день природного газа возле города Бейхай, Китай; завод
для производства 160 т/год ССОГ в Квинсленд, Австралия), считаем, что установки
утилизации НПГ компании Криопак – наиболее подходящий для данного проекта выбор.
8
Проведенные
расчеты
показали
высокую
экономическую
эффективность
применения технологии Криопак для утилизации НПГ на Толумском месторождении
Кондинского района.
Согласно расчетам, чистая прибыль предприятия (за 10 лет) составит более
507 млн. руб., доходы бюджета – около 160 млн. руб., дивиденды собственников
компании – порядка 46 млн. руб. Срок окупаемости проекта составляет 4 года,
внутренняя норма доходности – 32%.
Ниже приведены сравнительные данные по себестоимости и ценам продаж продукции
предприятия, производящего сжиженные газы.
Себестоимость (на выходе из установки Криопак) и
цены на сжиженные продукты
Вид продукции
Себестоимость
Цена продажи
Сжиженный сухой отбензиненный газ
(ССОГ)
1257,76 руб./т
или 1045,41 руб./тыс. м3
1510 руб./т
или 1255,07 руб./тыс. м3
Сжиженный пропан-бутан (СПБТ)
1254,17 руб./т
8000 руб./т
Газовый бензин (ГБ)
1258,73 руб./т
6000 руб./т
Важнейшим
юридического
условием
лица,
реализации
акционером
данного
которого
проекта
может
является
выступить
образование
администрация
Кондинского района. Вложенные муниципальным образованием в уставный фонд
предприятия средства, в размере 148,4 млн. руб., являются условием окупаемости проекта в
течение 4-х лет. Это связано с тем, что денежные средства, вложенные в уставной фонд
предприятия, являются невозвратными. Акционеры компании будут получать ежегодный
доход в виде дивидендов (процента от прибыли).
Акционерный капитал является не единственным источником финансирования данного
проекта. Часть средств (163,2 млн. руб.) планируется получить в рамках банковского кредита
и на условиях лизинга.
Такая постановка вопроса о финансировании проекта обусловлена тем, что данный
проект в социально-экономическом плане очень важен для перспективного развития района.
Его реализация позволит значительно удешевить стоимость производства энергоресурсов в
районе и диверсифицировать энергоснабжение населенных пунктов. Все это, в конечном
итоге, благотворно отразится на инвестиционной привлекательности района, финансовые
«вливания» в который сегодня значительно ограничены высокой стоимостью ТЭР. Проект в
Кондинском районе может являться пилотным (демонстрационным) и, в дальнейшем,
возможно его тиражирование для других районов автономного округа.
В условиях широкого тиражирования данного проекта диверсификация энергоснабжения
поможет диверсифицировать экономику района, создать новые производства вне рамок
9
нефтегазовой отрасли, а значит, обеспечить условия для устойчивого развития района в
условиях сокращения ресурсов нефти.
Экологическая
составляющая
эффективности
данного
проекта
связана
с
предотвращением сжигания НПГ в факелах. Согласно проведенным расчетам, выбросы
загрязняющих веществ сократятся: СО (100%), NOх (82%), сажа (100%), бенз(а)пирен
(41%). Сокращение выбросов парниковых газов по проекту составит 78,5 тыс. т СО2экв./год, что может обеспечить дополнительно порядка 785 тыс. евро/год углеродных
инвестиций.
Совместное
использование
концепции
локального
энергоснабжения
и
альтернативных способов газификации объектов позволяет комплексно решать задачу
обеспечения энергией объектов, удаленных от электрических сетей и газовых
магистралей, а также обеспечения дешевой энергией объектов, находящихся вблизи
нефтяных и газовых месторождений.
Одним из направлений повышения уровня газификации малых потребителей, прежде
всего сельских, является сжиженный сухой отбензиненный газ (ССОГ). В коммунальном
хозяйстве и ТЭК сжижение газа обусловлено технико-экономическими преимуществами
системы газоснабжения на его основе по сравнению с прокладкой газопроводов. Сжиженный
газ обладает рядом преимуществ перед сетевым газом. Это, прежде всего, отсутствие
жесткой привязки потребителей к газопроводам, возможность создания некоторых резервов
у потребителей и, что самое главное – отказ от сооружения дорогостоящих трубопроводных
систем и газораспределительных станций (ГРС).
Преимущества использования ССОГ нарастают с уменьшением мощности потребителя
и увеличением удаленности от источника газа. Отметим, что использование ССОГ может
рассматриваться и как временный способ газификации населенных пунктов, включенных в
план газопровода. Криогенное оборудование для ССОГ может быть перемещено на новое
место.
В
данной
работе
оценена
возможность
и
экономическая
целесообразность
теплоснабжения Кондинского района ХМАО регазифицированным ССОГ.
В данном случае проект включает:

Доставку ССОГ потребителю;

Переход на индивидуальное отопление регазифицированным ССОГ с
производством тепла 86618 Гкал/год.
Проведенные расчеты показали высокую экономическую эффективность перевода
системы теплоснабжения Кондинского района на регазифицированный ССОГ. При этом
важно отметить, что основной экономический эффект по проекту связан с экономией
бюджетных затрат на теплоснабжение по сравнению с существующим вариантом.
10
Согласно расчетам, экономия затрат на теплоснабжение (за 10 лет) составит
более 1 млрд. руб., чистая прибыль предприятия (за 10 лет) - более 30 млн. руб., доходы
бюджета – около 33 млн. руб., дивиденды собственников компании – порядка 3 млн. руб.
Срок окупаемости проекта (с учетом экономии затрат на теплоснабжение)
составляет 3,5 года. Снижение себестоимости производства тепловой энергии с
1113,25 руб./Гкал до 317,07 руб./Гкал (в 3,5 раза).
Ниже приведены сравнительные данные по себестоимости и ценам продаж продукции
газоснабжающей организации.
Себестоимость и цены на тепловую энергию
и регазифицированный ССОГ
Вид продукции
Себестоимость
Цена для потребителя
Регазифицированный ССОГ
2457,91 руб./тыс. м3
3689,92 руб./тыс. м3
Тепловая энергия
317,07 руб./Гкал
476 руб./Гкал
Диверсификация энергоснабжения, снижение его стоимости и повышение надежности
– одна из наиболее актуальных задач администрации Кондинского района. Поэтому,
важнейшим условием реализации данного проекта является создание юридического
лица,
которое
будет
осуществлять
функции
газоснабжающей
организации,
обслуживающей местный газопровод и котельное оборудование у индивидуальных
потребителей. Основным Акционером ЗАО может выступить Администрация
Кондинского района – основной выгодополучатель по данному проекту (экономия затрат на
теплоснабжение в 33 раза превышает чистую прибыль ЗАО). Финансовое участие
администрации района в уставном капитале ЗАО и получение экономии бюджетных средств
на теплоснабжении позволит полностью окупить затраты на реализацию проекта (в том
числе и вложения в уставный фонд) в течение 3,5 лет.
Экологическая составляющая эффективности данного проекта связана с заменой
существующего котельного топлива (угля, нефти и дров)
на более экономичный и
экологически чистый ССОГ. Согласно проведенным расчетам, выбросы загрязняющих
веществ сократятся: СО (92,6%), NOх (85,6%), SO2 (100%), сажа (100%), бенз(а)пирен
(98,3%), ванадий (100%). Сокращение выбросов парниковых газов по проекту составит
39,8 тыс. т СО2-экв./год, что может обеспечить дополнительно порядка 398 тыс.
евро/год углеродных инвестиций.
11