Оптимальное эколого-экономическое стратегическое планирование цепи поставок производства полиолефинов из "жирного" природного газа

Проведенный анализ структуры себестоимости конечной продукции с учетом доставки конечному потребителю показывает, что большая часть затрат приходится на транспортировку. Самостоятельная доставка продукции в рассматриваемые европейские регионы (Германия, Литва, Польша) не рентабельна. Выгоднее сбывать продукцию на внутреннем рынке, а также продавать трейдерам, у которых имеются налаженные каналы сбыта в европейские страны.

Наиболее рентабельными продуктами для производства являются пеллеты и брикеты. Производство лигнинного угля и побочного продукта пиролиза - смолы не столь доходно. Достаточно большое количество топливных брикетов идет на производство лигнинного угля (соотношение лиг-нобрикеты-уголь 2,5:1). Данное количество брикетов можно реализовать на рынках сбыта по выгодной цене и это принесет бизнесу больше дохода, чем дальнейшая переработка брикетов в лигнинный уголь.

Выявлен оптимальный с точки зрения наименьших затрат способ транспортировки продукции потребителям: на внутреннем рынке - железнодорожным транспортом, при осуществлении дальних перевозок за границу -транспортировка в еврофурах.

Библиографические ссылки

1. Бауэрсокс Д., Клосс.Д., Логистика. Интегрированная цепь поставок. 2-е изд./Пер. с англ. М: Олимп бизнес, 2008. 640 с.

2. Равич Б.М., Окладников В.Н., Лыгач В.Н. Комплексное использование сырья и отходов. М.: Химия, 1988. 288 с.

3. Шапиро Дж. Моделирование цепи поставок / Пер. с англ. [ред. B.C. Лукинский]; СПб.: Питер, 2006. 720 с.

4. Шатт Д. Управление товарным потоком: рук. по оптимизации логистических цепоче /Пер. с англ. С.В. Кривошеин; [научн. ред. А.Н. Тарашкевич]; Минск: Гревцов Паблишер, 2008. 352 с.

УДК 004.94:658.7

В.А. Павленко, Г.В. Заходякин

Международный институт логистики ресурсосбережения и технологической инноватики Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева Москва, Россия

ОПТИМАЛЬНОЕ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ

СТРАТЕГИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТАВОК ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИОЛЕФИНОВ ИЗ "ЖИРНОГО" ПРИРОДНОГО ГАЗА

In this paper a case study of life cycle assessment application for supply chain network design and planning in petrochemical industry is described. The life-cycle assessment for polyole-

fins supply chain production from wet natural gas is carried out. Supply chain for polyolefin production from wet natural gas is described; life cycle inventory and life cycle impact assessment are carried out according to the LCA methodology. LCA results are used in supply chain strategic network design and planning optimization model.

В статье рассмотрен практический пример применения методологии оценки жизненного цикла для анализа и стратегического планирования цепи поставок нефтехимического предприятия на примере производства полиолефинов из «жирного» природного газа. Описана структура цепи поставок в производстве полиолефинов, проведены инвентаризационный анализ и оценка воздействия жизненного цикла полиолефинов. Результаты инвентаризационного анализа и оценки воздействия жизненного цикла используются в модели для оптимизации сетевой структуры цепи поставок.

Основным углеводородным сырьем для российской нефтехимической промышленности является нефть, в то время как США и Канада для получения свыше 40% и 70% соответственно этилена используют этан. Россия обладает значительными запасами «жирного» природного газа, содержащего большое количество этана - ценнейшего сырья для нефтехимической промышленности. Среди запасов природного газа РФ жирные газы составляют 55%. Переориентация промышленности России на переработку «жирного» природного газа требует изменения существующих цепей поставок в газовой и нефтехимической промышленности. Отличительной особенностью объектов газовой отрасли является продолжительный срок их эксплуатации. Поэтому стратегические решения, касающиеся планирования цепи поставок в газовой отрасли должны быть взвешены, подтверждаться точными расчетами, приниматься с учетом множества критериев и ограничений.

Предприятия газовой отрасли оказывают значительное воздействие на окружающую среду на протяжения всего цикла от добычи до глубокой переработки сырья на предприятиях газохимической промышленности. Помимо этого, наращивание мощностей неизменно приведет к увеличению нагрузки на окружающую природную среду. Поэтому при стратегическом планировании цепей поставок необходимо учитывать экологический фак-

Оценка жизненного цикла, ОЖЦ (life cycle assessment) - сбор и оценка входных и выходных потоков, а также потенциальных воздействий на окружающую среду со стороны - продукционной системы на всех стадиях жизненного цикла продукции. В ходе оценки жизненного цикла (ОЖЦ) продукции осуществляются сбор информации о входных и выходных потоках вещества и энергии в продукционной системе и оценка их потенциального экологического воздействия.

Рассмотренная в работе цепь поставок начинается с добычи «жирного» природного газа Уренгойского месторождения, первичной переработки газа с получением этановой фракции, пропан-бутановой смеси и стабильного газового конденсата. Пропан-бутановая смесь транспортируется на установку газофракционирования, расположенную в Тобольске, и после разделения пропан и бутан поступают на ООО «Томск-Нефтехим» для пиролиза и получения полимеров. Также рассматривается проект строительства НГХК в Новом Уренгое, на котором планируется газов фракциони-

рование, пиролиз и производство полимеров из газового сырья.

Оценка жизненного цикла в производстве полиолефинов из «жирного» природного газа проводилась по следующему алгоритму.

Этап 1. Определение цели и границ исследования. В качестве продукционной системы рассматривается участок цепи поставок «от колыбели до клиента», при этом фокусной подсистемой являются рассматриваемые газоперерабатывающие и газохимические предприятия, а также транспорт до рынков сбыта, а фоновой подсистемой - добыча и поставка природного газа с месторождения. В данном случае целью продукционной системы является переработка природного газа и максимальное извлечение из него ценных компонентов. Функциональной единицей является 1 тыс. т переработанного природного газа.

Производство энергии

Добыча

Комплексная подготовка газа -Сж-Цтранаюрг)- * Потребители |—

ГК—ранспарт^- >

Стабилизация конденсата

Потребители

Г азофракционирование

Переработка/ Отходы/

использование выбросы

Транспорт СПБТ)

Пиролиз БДФ рансгорг^- * Потребители

Полимеризация —ПЭВД/ПП—ЦТранатарт^- Потребители

Природный

газ

Рис. 1. Границы продукционной системы переработки «жирного» природного газа в полиолефины и разделение технической системы на фокусную и фоновую подсистемы

Этап 2. Инвентаризационный анализ жизненного цикла. Идентифицированы и рассчитаны удельные выбросы, а также удельное потребление энергии различными операциями в цепи поставок.

Этап 3. Оценка воздействия жизненного цикла, т.е. оценка значимости потенциальных воздействий на окружающую среду. Целью оценки воздействия на протяжении жизненного цикла является адаптация результатов инвентаризационного анализа и их интерпретация в категории воздействия.

В соответствии со стандартом ИСО 14042 результаты инвентаризационного анализа систематизируются в категории воздействия с помощью

индикаторов. В работе использована методика оценки воздействия 1трас12002+.

Расчет производился с использованием характеристических коэффициентов для конечных точек категорий ущерба (изменения климата, здоровье человека, невозобновляемые ресурсы, качество экосистем). Оценка воздействия по промежуточным точкам (категории воздействия) не производится в связи с тем, что это увеличивает количество критериев в задаче с 5 до 21, кроме того, для некоторых категорий воздействия на сегодня не существует методов расчета ущерба или экологические механизмы воздействия не выяснены.

Пример результатов оценки воздействия жизненного цикла (категории «Изменения климата» и «Ущерб здоровью человека») показан на рис. 2.

Изменения климата, тС02

10000000

8000000

ихххюо

4000000

2000000

о

ш ш

GFU PPIR F-NGHK UPEVD GFU F-TOBOLSK PPIR UPEVD F-T0MSK UPP DEK Flare UKPG F-URENSK USK

Ущерб здоровью человека, DALY

GFU

Б

PPIR UPEVD GFU PPIR UPEVD UPP DEK Flare UKPG USK

F-NGHK F-TOBOLSK F-T0MSK F-URENSK

Рис. 2. Результаты оценки воздействия жизненного цикла для базовой конфигурации цепи поставок

Этап 4. Интерпретация результатов. Результаты проведенной оценки используются для построения модели оптимизации цепи поставок.

Проведенная оценка воздействия цепи поставок по переработке «жирного» природного газа показывает, что наибольший вред по категориям воздействия «Воздействие на здоровье людей», «Изменение климата» и «Использование природных ресурсов» оказывают установки полимеризации, на наибольший ущерб качеству окружающей среды наносят установки

пиролиза.

Для стратегического планирования цепи поставок в работе использован программный комплекс на основе системы управления базами данных Microsoft Access, генератора моделей, реализованного на основе языка математического программирования AMPL и решателей задач смешанного линейно-целочисленного программирования CPLEX и Gurobi.

Чистая приведенная стоимость и воздействие по каждой категории являются альтернативными целевыми функциями в задаче оптимизации. Поскольку методика расчета интегральной оценки воздействия в Impact2002+ разработана только для условий Европы, эти целевые функции нельзя нормировать и свернуть в единственный критерий экологоэкономической оптимизации. Следовательно, необходимо применять методы многокритериальной оптимизации. В работе использован метод построения множества неулучшаемых решений Парето. Для ряда значений экономического критерия эффективности - NPV из области его допустимых значений решается задача минимизации воздействия на окружающую среду при фиксированном значении NPV. Полученное множество решений показано на рис. 3.

Каждое решение из полученного множества отражает компромисс между экономическими характеристиками ЦП и ее экологической эффективностью, выраженной через совокупное воздействие по одной из категорий.

Рис. 3. Множество Парето-оптимальных решений для целевых функций «Чистая приведенная стоимость» и «Изменения климата».

Из рис. 3 видно, что зависимость между NPV и экологическими критериями является нелинейной - незначительное уменьшение NPV сопровождается значительным уменьшением воздействия цепи поставок на окружающую среду до определенного уровня NPV, после которого снижение NPV не приводит к значительному уменьшению ущерба окружающей среде. Выбор наилучшего решения может производиться только на основе анализа дополнительных факторов и с учетом предпочтений лица, принимающего решение.

Расширение мощностей предприятий глубокой переработки газа наносит значительный ущерб окружающей среде. Минимизация воздействия предприятий нефтегазохимического комплекса на окружающую среду и цепи поставок в целом - основная задача при планировании цепей поставок наравне с экономической эффективностью проектов. Результаты модельного эксперимента показывают, что поиск компромисса между максимизацией прибыли и минимизацией вредного воздействия при проектировании цепей поставок в нефтегазохимическом комплексе является необходимым. Сравнение различных сценариев моделирования открывает возможности управления воздействием цепи поставок на окружающую среду, основанные на способности организации оценить ее собственный вклад в это воздействие и возможности его снижения. Использование математического программирования, многокритериальных оценок и целевых ограничений позволяет решить эту задачу наиболее экономически эффективным способом.

Библиографические ссылки

1. BREF "Large Volume Organic Chemical Industry" ("Крупнотоннажное

производство органических продуктов"). - [б.м.] EUROPEAN

COMMISSION, 2003.

2. BREF "Ро1утегз"("Полимеры"). - [б.м.] : EUROPEAN COMMISSION, 2007.

3. BREF "Mineral Oil and Gas Refineries" ("Переработка нефти и газа"). -[б.м ] : EUROPEAN COMMISSION, 2003.

4. IMPACT 2002+: A New Life Cycle Impact Assessment Methodology. / Jol-liet O, Margni M, Charles R, Humbert S, Payet J, Rebitzer G, Rosenbaum R Hint J. LCA, 2003. 8 (6). P. 324-330.

5. Incorporating environmental impacts and regulations in a holistic supply chains modeling: An LCA approach [Журнал] / Aaron David Bojarski, Jos Miguel Lainez, Antonio Espuna, Luis Puigjaner // Computers in Chemical Engineering, 2009. Vol. 33. P. 1747-1759.

6. The Hitch Hiker's Guide To Lea [Книга] / Baumann Henrikke, Tillman Anne-Marie.: Studentlitteratur Ab, 2009.

7. Ресурсоэнергоэфективные методы энергосбережения и минимизация отходов нефтеперерабатывающих производств: основы теории и наилучшие практические результаты. [Книга] / В.П. Мешалкин. Москва-Генуя: Химия, 2009. С. 393.