Инновационное развитие и конкурентоспособность российской газохимии

Химическая переработка природного газа может стать для России стратегической задачей. Развитие отечественной газохимии даст импульс для создания принципиально новых отечественных технологий во многих смежных областях и обеспечит условия для действительно инновационного развития отечественной экономики.

Хотя традиционно в качестве инновационных наиболее часто рассматривают аэрокосмические, информационные, биотехнологии, а также создание новых материалов, на самом деле именно нефтегазовая отрасль сейчас является одной из наиболее инновационных и наукоемких.

Еще большее значение инновации имеют для газовой отрасли. Даже несмотря на то, что с конца 80-х годов у нас практически прекратилась разведка, и объем доказанных ресурсов зафиксирован на уровне 20-летней давности, Россия все равно обладает почти 27% доказанных мировых ресурсов газа. Потенциальные же ресурсы газа в нашей стране составляют до 40% мировых. Практически весь добываемый у нас газ или экспортируется за рубеж, в основном в Европу, или сжигается для выработки тепла и электроэнергии. Современные технологии транспортировки и переработки природного газа на порядок более сложны и менее эффективны, чем технологии транспортировки и переработки нефти.

Это приводит к тому, что в мире в качестве химического сырья используется не более 5% добываемого газа (в России ~3%). А из нескольких тысяч газовых месторождений мира лишь около сотни наиболее крупных дают основной объем товарного газа.

Тысячи мелких и средних месторождений по всему миру не вовлечены в промышленную эксплуатацию из-за отсутствия экономически приемлемых технологий транспортировки или переработки их ресурсов. По мере выработки крупнейших месторождений (а их средняя выработанность в России по оценкам достигает 40%) потенциальное значение менее крупных месторождений постоянно возрастает. И это важнейшая мировая тенденция, которую необходимо учитывать.

Но главное, химическая переработка природного газа открывает перспективы постепенного перехода от экспорта сырья к экспорту продуктов более глубокой переработки, что даст мощный старт развитию отечественной инновационной экономики. Достаточно страшная экономическая истина состоит в том, что основной экономический результат достигается при реализации конечного продукта и поэтому достается не владельцам ресурсов, которые в большинстве случаев остаются беднейшими странами, а странам, обладающим технологиями завершающих стадий их переработки.

Например, стоимость полиэтилена низкой плотности и готовых изделий из него в 10-20 раз выше стоимости исходного сырья - этана. На рис. 2.3. показано увеличение темпов роста рентабельности при производстве полиолефинов, обусловленное более высокими темпами роста цен на эту продукцию по сравнению с ростом цен на сырье.

 

Рис. 2.3. Среднегодовой прирост цен за 2003 - 2007 гг. на газ, газохимическое сырьё и газохимическую продукцию

 

Почти все страны-экспортеры нефти и газа, прекрасно осознавая это, сейчас интенсивно развивают собственную переработку добываемых углеводородов, стремясь уйти от сырьевого экспорта и обеспечить свое будущее в быстро меняющемся мире, максимально используя для своего экономического развития дарованное им природой стратегическое преимущество в виде дешевых ресурсов.

Поэтому даже частичный отказ от экспорта первичного сырья с заменой на экспорт продуктов более глубокой переработки не только отвечает национальным экономическим интересам, но и одновременно стимулирует развитие инноваций в такой молодой и быстро развивающейся газохимической отрасли. По прогнозам природный газ и газохимия сыграют в мировой экономике и энергетике ХХI века такую же роль, какую нефть и нефтехимия сыграли в ХХ веке. Огромные отечественные запасы природного газа дают России шанс сохранить достойное место среди ведущих держав мира. Повышение доли газа, подвергающегося высокотехнологичной переработке на базе инновационных технологий, и возможность привлечения для этих целей капиталов, получаемых в результате увеличения экспортного потенциала газовой отрасли, позволяют ей стать мощным катализатором инновационных процессов в стране.

Из-за отсутствия соответствующих технологий мы теряем большую часть таких ценнейших компонентов природного газа, как этан, пропан и бутан. Сейчас в России извлекается не более 7-8% этана и ~45% пропан-бутанов от их содержания в добываемом газе. И даже в обозримом будущем не предвидится радикального изменения ситуации (рис. 2.4).

Рис.2.4. Ресурсы этана (тыс. т/год) в добываемых этансодержащих газах и его производство

 

При заметно большем объеме добычи природного газа объем производства легких углеводородных фракций в России в пять раз меньше, чем в США. Мы экспортируем на Запад природный газ с неоправданно высоким содержанием этана, пропана и бутана, предоставляя другим странам возможность извлекать выгоду из нашей технологической отсталости. Если в США доля этана как нефтехимического сырья достигает 42%, а в среднем в мире - 26%, то в богатейшей этановыми ресурсами стране мира России - всего 4%. Как показывают технико-экономические оценки, вполне умеренные капвложения позволяют обеспечить значительный рост продукции отечественной нефтехимии за счет фактически даром теряемого сырья. Аналогичная ситуация и в нефтедобыче. Наращивая экспорт сырой нефти, мы из-за отсутствия соответствующих технологий сжигаем огромный объем попутного газа, используя менее 40% этого ценнейшего сырья.

Пока по уровню своего развития газохимия значительно уступает нефтехимии. Помимо чисто «возрастного» фактора (активное использование термина «газохимия» для выделения ее в качестве самостоятельной технологической области насчитывает немногим более десятилетия, тогда как более привычный термин «нефтехимия» описывает совокупность технологий с почти столетней историей) между газохимией и нефтехимией имеются принципиальные отличия. Хотя уже нет сомнений, что большинство продуктов, традиционно производимых из жидких углеводородов, может быть получено на основе легких алканов в соответствующих газохимических процессах, которые сильно отличаются от нефтехимических.

В основе нефтехимических процессов лежит разрыв относительно слабых С-С и С-Н связей в длинных углеводородных цепочках с целью получения более низкомолекулярных соединений. Основное направление газохимических процессов прямо противоположное. Из небольших и очень стабильных молекул метана и его ближайших гомологов необходимо получать более сложные и, как правило, менее стабильные продукты. Таким образом, если переработка нефти в значительной мере основана на равновесных процессах крекинга, изомеризации, гидрирования и дегидрирования, то производство тех же продуктов в газохимии протекает в условиях, часто контролируемых кинетикой процесса. Если в основе нефтехимических процессов лежит в первую очередь разработка активных и долговечных катализаторов, то в газохимии часто на первом плане стоит достижение необходимой селективности процессов по высокореакционным целевым продуктам. Это крайне сложная задача, поэтому неудивительно, что до сих пор в области переработки природного газа преобладают процессы, основанные на близком к термодинамически равновесному превращению его в синтез-газ (смесь CO и H2) в процессах парового, «сухого» (при взаимодействии с CO2), окислительного или автотермического риформинга. Несмотря на высокую энерго- и капиталоемкость, эти высокотемпературные процессы остаются основой всей современной крупнотоннажной газохимии.

Современные газохимические технологии - это сложные многостадийные энергоемкие процессы, требующие огромных капвложений, что вынуждает производителей для снижения издержек производства стремиться к повышению мощности предприятий. Для сырьевого обеспечения таких гигантов необходимы месторождения с доказанными запасами газа в сотни миллиардов кубометров. Крупнейшие нефтегазовые компании мира уже вложили в их разработку несколько миллиардов долларов и сейчас между ними идет отчаянная конкурентная борьба за возможность их практической реализации. Поэтому в этом секторе газохимии отечественным разработчикам будет трудно противостоять натиску зарубежных конкурентов.

Поэтому отечественная газохимия должна опираться на более простые и эффективные отечественные технологии конверсии природного газа, рассчитанные на эксплуатацию в условиях российских промыслов. И такие технологии, несмотря на финансовые, кадровые и прочие трудности, создаются сейчас многими коллективами отечественных разработчиков. Именно на этом поле принципиально новых газохимических процессов, отсутствующих пока у наших зарубежных конкурентов, отечественные разработчики и производители имеют реальные шансы вырваться вперед и захватить изрядную долю этого наукоемкого и перспективного рынка.