Малотоннажные установки по производству метанола в газодобывающих районах Крайнего Севера

ПРАКТИКА

Малотоннажные установки по производству метанола в газодобывающих районах Крайнего Севера

P.P. Юнусов, С.Н. Шевкунов, С.А. Дедовец, С.Н. Ушаков («НОВАТЭК»),

К.Г. Лятс, А.П. Самойлов

Для предупреждения гидратообразования в системах сбора и промысловой подготовки газа применяется метанол, причем его потребление с увеличением газодобычи в северных регионах постоянно возрастает. Доставка метанола на промыслы Крайнего Севера увеличивает его стоимость в два-три раза, причем для ряда отдаленных месторождений из-за отсутствия транспортной инфраструктуры возможна только сезонная доставка. Строительство установок по производству метанола в районах газодобычи решает вопросы доставки метанола потребителю, а также уменьшает экологические риски, возникающие при его транспортировке и перегрузке. В итоге на северных месторождениях снижается себестоимость добычи газа.

В газовой отрасли с 80-х гг.

прошлого века проводились исследования возможности организации собственных мощностей по производству метанола. Так, на Шебелинском промысле действовала пилотная малогабаритная установка по производству метанола. В системе ОАО «Газпром» проводились технико-экономические проработки строительства в районе Нового Уренгоя метанольных установок производительностью 50100 тыс. т/год. Однако указанные исследования не привели к созданию рентабельных проектов. В настоящее время многие газодобывающие компании проявляют интерес к организации производства метанола непосредственно в районах газодобычи. Рентабельный проект производства метанола в промысловых условиях с учетом жестких экологических требований впервые в России реализован в ОАО «НОВАТЭК».

В настоящее время при освоении газовых и газоконденсатных месторождений в районах Крайнего Севера особое внимание уделяется экологическим вопросам, что обусловлено высокой чувствительностью северной природы.

Один из актуальных вопросов — серьезные экологические риски при транспортировке химических реагентов на объекты газодобычи. Транспортировка метанола как опасного груза подкласса 6а (летучие легковоспламеняющиеся ядовитые вещества) на удаленные газовые промыслы наземным либо водным

транспортом требует особых мер безопасности, исключающих аварии, разливы, утечки и возгорания (Технические правила транспортирования, погрузки, разгрузки, хранения опасных грузов на промышленном транспорте, утв. Министерством транспорта РФ 15 июня 2001 г.). Таким образом, при его транспортировке, операциях слива и налива существует опасность возникновения аварийных ситуаций с экологическим ущербом, обусловленных спецификой метанола как загрязнителя: высокой растворимостью в воде, повышенной летучестью, жесткими нормами ПДК в атмосферном воздухе и в водных объектах (Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимые концентра-

обратный полет из юрхарово

в новый Уренгой. директор департамента добычи газа и газового конденсата оао «новатэк» рауф юнусов доволен работой УПМ 12500

ции (ПДК] и ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение, утв. приказом Гос-комрыболовства России от 28 апреля 1999 г. № 96).

Анализ рисков и предварительная экологическая оценка последствий аварийных ситуаций показывают, что существенная доля ущерба окружающей среде обусловлена загрязнением водных объектов.

Из-за специфики метанола как загрязнителя (неограниченная растворимость в воде, способность образовывать растворы со льдом и снегом при отрицательных температурах, высокая летучесть) традиционные методы ликвидации последствий аварии, такие, как применение заградительных и боновых заграждений, сорбентов, сборщиков, скиммеров, становятся неэффективными. Устранить последствия аварии с загрязнением водного объекта метанолом чрезвычайно сложно, если вообще возможно. При этом размер вреда, причиненного водному объекту, может быть весьма значительным с учетом факторов, влияющих на его величину, к которым относятся водохозяйственная ситуация и значимость состояния водного объекта, природно-климатические условия, длительность и интенсивность воздействия вредного (загрязняющего) вещества на водный объект, масса загрязняющего вещества (Методика исчисления вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства, утв. приказом МПР РФ от 30 марта 2007 г. № 71). В принципиальном отношении указанные экологические риски могут быть снижены при размещении производств метанола в непосредственной близости от потребителей, то есть в районах газодобычи.

Компания «НОВАТЭК» — крупнейший независимый производитель газа в России — обеспечивает

58 ГАЗОХИМИЯ I апрель-май 2008 года

ПРАКТИКА

завоз более 25 тыс. т/год метанола на свои газодобывающие предприятия, расположенные в районах Крайнего Севера. Например, снабжение метанолом Юрхаровского ГКМ, находящегося в районе Тазов-ской губы, в короткий летний период навигации осуществляется по р. Оби и далее через Тазовскую губу на разгрузочный причал Юрхаров-ского промысла. В зимний период метанол доставляется железнодорожным транспортом до станции Ямбург и далее автотранспортом по зимнику непосредственно до месторождения. При этом наибольший экологический риск возникает на этапе транспортировки метанола водным транспортом по р. Оби и Тазовской губе — водоемам высшей рыбохозяйственной категории, местам нагула ценных пород осетровых и сиговых рыб. Попадание метанола в указанные водоемы совершенно недопустимо.

Сезонные возможности завоза метанола, возникающие экологические риски при его транспортировке по акваториям северных рек, ограниченность танкерного парка, оборудованного для транспортировки опасных грузов, создают ряд проблем, поэтому в ОАО «НОВАТЭК» было принято решение о развитии собственного малотоннажного производства метанола на базе дочернего предприятия — ООО «НОВАТЭК-ЮР- /?>

ХАРОВНЕФТЕГАЗ», с ни- ' *

теграцией в существующую структуру га- .

конденсатного промысла. Основная трудность заключалась в разработке экономически эффективного проекта, поскольку, как показали предварительные экономические расчеты, традиционная технология получения метанола из природного газа не является рентабельной при небольшой производительности установки (для сравнения: мощности заводов по производству метанола на Большой земле обычно составляют 300 тыс. т/год и более).

разработан и реализован первый в России проект малотоннажной установки производительностью 12,5 тыс. Т метанола В ГОД с использованием в качестве сырья собственного природного газа

С целью повышения экономической эффективности проекта и снижения сроков его окупаемости применительно к Юрхаровскому ГКМ детально проработана новая идеология, состоящая в максимально возможной интеграции установки синтеза метанола из природного газа и действующей установки промысловой подготовки газа. При этом были проанализированы два

основных варианта получения метанола: по методу неполного окисления природного газа и через синтез-газ с его последующим каталитическим превращением в мета-нольный продукт. В качестве более перспективного был выбран второй вариант. Указанный методический подход позволил существенно повысить экономическую эффективность проекта, сделав его принципиально рентабельным, начиная с производительности установки — 5-10 тыс. т метанола в год.

Таким образом, в основу технологического проектирования была заложена методология малотоннажного производства метанола в составе установки комплексной подготовки газа (УКПГ) с максимально возможным использованием существующей инфраструктуры: источников сырья и энергоресурсов, инженерных коммуникаций, административно-бытовых сооружений. Технологическое проектирование по заданию ОАО «НОВАТЭК» было выполнено ЗАО «Метанол и Азотные процессы» (ЗАО «Метапроцесс»). В итоге разработан и реализован первый в России проект малотоннажной установки производительностью 12,5 тыс. т метанола в год с использованием в качестве сырья собственного природного газа. Такая производительность несколько перекрывает текущие потребности в метаноле на УКПЕ Юрхаровского ЕКМ. В настоящее время успешно работает, обеспечивая месторождение необходимым объемом метанола. Очевидно, что первый проект пускался не без трудностей: При пуске в сорокаградусный ч мороз воз-Ю никли

апрель-май 2008 года I ГАЗОХИМИЯ 59

ПРАКТИКА

серьезные проблемы с риформингом, повлекшие за собой повреждение нескольких каталитических труб. Эта проблема была решена усилиями специалистов «НОВА-ТЭК-ЮРХАРОВНЕФТЕГАЗ» при технической поддержке Уренгойского ремонтного завода ОАО «Газпром» и при инженерном сопровождении специалистов ЗАО «Метапроцесс». Таким образом, был получен еще один важный опыт — возможность осуществления ремонта каталитических труб в условиях Крайнего Севера, причем зимой. Другая проблема, с которой мы столкнулись при пуске установки, — брак компрессора, причина которого также была определена специалистами ЗАО «Метапроцесс», однако с учетом удаленности поставщика (компания Дрессер-Рэнд, США) замена поврежденных узлов происходила достаточно долгий период.

Из-за всех этих проблем пуск установки был осуществлен только в середине лета 2007 года. При этом установка сразу же превзошла плановые показатели по выработке (13200 тонн метанола в год) и качеству вырабатываемого метанола, что позволяет сегодня получать метанол с некоторым избытком и поддерживать запасы на месторождении на достойном уровне.

Как и в случае крупнотоннажного производства, на установке предусмотрен двухстадийный процесс: получение синтез-газа (паровой конверсией метана) и собственно

синтез конечного продукта. Получение синтез-газа паровой конверсией позволяет исключить подачу кислорода. Рассматриваемый аспект является существенным, так как отказ от использования кислорода значительно повышает безопасность технологического процесса. Тем самым из технологической схемы исключается блок выделения кислорода из воздуха.

Существенное снижение капитальных затрат и себестоимости метанола достигнуто прежде всего за счет интегрирования производства метанола с действующей УКПГ. Особенностью примененной в данном проекте технологии по сравнению с традиционными является значительное упрощение ряда технологических стадий процесса. В качестве сырья использован осушенный и очищенный от углеводородного конденсата природный газ с давлением до 2,5 МПа. Наличие на УКПГ природного газа с требуемым давлением исключает необходимость стадии компримирования сырьевого газа (на крупнотоннажных производствах данная стадия, как правило, присутствует). Товарный газ место-

существенное снижение капитальных затрат и себестоимости метанола достигнуто прежде всего за счет интегрирования производства метанола с действующей укпг

рождений Крайнего Севера России не содержит соединений серы, отравляющих катализаторы конверсии парогазовой смеси и синтеза метанола. При этом отпадает необходимость в стадии сероочистки технологического природного газа. Значительно упрощена по сравнению с традиционной стадия ректификации метанола-сырца. Ректификация выполнена в одну стадию и позволяет получать товарный метанол с массовой долей 93-94%, что вполне достаточно для использования его в качестве ингибитора гидратообразования. Не требуется отдельного блока подготовки исходной воды, потому что он имеется в составе УКПГ, как следствие — снижаются затраты на подготовку химически очищенной воды для системы парообразования метанольной установки. Кроме того, максимально используются вспомогательные производства, имеющиеся в составе УКПГ (факельное хозяйство, очистные сооружения, источники электрической энергии, воздуха КИП и А).

Электроснабжение установки осуществляется от собственной газотурбинной электростанции УКПГ Юрхаровского ГКМ, работающей на экологически чистом топливе — природном газе. Для сбора промышленных стоков имеется специальная дренажная емкость с периодической откачкой стоков на очистку и последующее сжигание на имеющейся ГФУ. Предусматривается сбор парогазового конденсата из сепараторов и вторичное использование его для выработки пара, что позволяет сократить потребление исходной речной воды. Забор воды на установку осуществляется от существующего водозабора, расположенного на р. Юрхарово. Мощности водозабора и установленного лимита водопотребления достаточно для обеспечения снабжения установки водой. В целях исключения аварийных сбросов сточных вод применяются трубопроводы и оборудование, стойкое к коррозионному и абразивному воздействию агрессивных жидких сред.

Технические решения, принятые в проекте, практически полностью исключают вредное воздействие на многолетнемерзлые грунты. Полы в блоках-укрытиях выполняются с устройством проветриваемого подполья, что исключает тепловое воздействие при эксплуатации оборудования и предотвращает протаи-вание грунта.

60 ГАЗОХИМИЯ I апрель-май 2008 года

ПРАКТИКА

С экологической точки зрения положительным моментом является то, что при эксплуатации установки по производству метанола не образуется значительных количеств постоянных промышленных твердых отходов, за исключением отработанных медь- и никельсодержащих катализаторов (периодичность замены которых — 1 раз в 3 года), а также ионообменных смол для водоподготовки, потерявших потребительские свойства. Отработанные катализаторы будут направляться на переработку в качестве вторсырья на предприятия цветной металлургии, а ионообменные смолы планируется вывозить для захоронения на собственный полигон твердых бытовых отходов и твердых производственных отходов Юрхаровского ГКМ. В целях уменьшения выброса пыли от катализаторов в процессе их просева и загрузки в реакторы предусматривается очистка отводимого воздуха в циклонном аппарате. В дальнейшем планируется применение импортных катализаторов с пониженным содержанием мелкодисперсной (пылевой) фракции, что позволит исключить необходимость просева.

В таблице проведено сравнение основных показателей производства метанола на Юрхаровском промысле и на крупнотоннажной установке М-300 Новомосковской акционерной компании «Азот» с точки зрения удельного потребления ресурсов (на 1 т продукции) и негативного воздействия на окружающую среду. Сравнение показывает, что в результате интеграции установки в существующую схему УКПГ удельные показатели потребления основных природных ресурсов, электроэнергии, а также удельного водопотребления, водоотведения и выбросов загрязняющих веществ в атмосферу значительно ниже, чем на крупных производствах метанола.

В соответствии с нормами технологического проектирования предусматривается полная герметизация всех емкостных аппаратов, оборудования, арматуры и трубопроводов установки (ГОСТ Р 12.3.047-98). Технологическое оборудование на ме-танольной установке используется только во взрывобезопасном исполнении с соответствующей системой пожаротушения, а также с учетом токсичности продуктов и эксплуатации оборудования в суровых климатических условиях Крайнего Севера. По нормам промышленной безопас-

ности (Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности, ПБ 08-624-03) технологическое оборудование оснащено необходимыми системами контроля, регулирования, блокировки и сигнализации, что позволяет осуществлять производственный процесс с минимальным участием персонала и свести к минимуму возможность возникновения аварийных ситуаций.

Таким образом, наличие собственного производства метанола на Юрхаровском ГКМ позволяет отказаться от транспортировки метанола на месторождение наземным и водным транспортом и тем самым исключить возникающие при этом экологические риски в случае возникновения аварийных ситуаций. Технико-экономические оценки показывают, что за счет интеграции малотоннажной установки получения метанола в состав УКПГ достигается почти трехкратное снижение капитальных затрат. Помимо экономического эффекта реализация проекта позволяет достичь не-

наличие собственного производства метанола на юрхаровском гкм позволяет отказаться от транспортировки метанола на месторождение наземным и водным транспортом и тем самым исключить возникающие при этом экологические риски в случае возникновения аварийных ситуаций

зависимости от поставщиков метанола и исключить необходимость формирования запасов метанола (в связи с сезонными факторами и колебаниями цен на метанол). Применение технологического оборудования во взрывопожаробезопасном исполнении, с учетом эксплуатации установки в климатических условиях Севера, оснащение его необходимыми средствами контроля и сигнализации также позволяет

Кирилл Лятс, генеральный директор ЗАО «Метапроцесс» на верхней площадке печи-риформера______________________

снизить риски возникновения аварийных ситуаций.

Разработанная и реализованная методология интеграции установки производства метанола с промысловой установкой подготовки газа позволяет не только существенно сократить эксплуатационные затраты на предупреждение гидратообразования, но и снизить экологические риски. В настоящее время в ООО «НО-ВАТЭК-ЮРХАРОВНЕФТЕГАЗ» с учетом опыта строительства малотоннажной установки идет работа по строительству установки мощностью 40 тыс. т метанола в год. Контракт «под ключ» выполняет ЗАО «Метапроцесс», зарекомендовавшее себя как компетентный проектировщик и управляющий проектами строительства газохимических объектов. Пуск второй установки, который запланирован на ноябрь 2009 года, позволит полностью обеспечить возрастающие в связи с увеличением добычи газа и газового конденсата потребности ООО «НОВАТЭК-ЮРХАРОВ-НЕФТЕГАЗ» в метаноле, а также даст возможность обеспечивать метанолом другие газоконденсатные месторождения ОАО «НОВАТЭК».

Показатель Малотоннажная интегрированная Юрхаровского ГКМ М-300 на НАК «Азот»

Потребление элетроэнергии, тыс. кВт-ч/т 0,50 0,922

Потребление природного газа, тыс. м3/т 1,828

Водопотребление, м3/т 1,855 5,75

Водоотведение сточных вод, м3/т 0,712 1,85

Выбросы дымовых газов после 12120 12500

трубчатой печи, м3/т

апрель-май 2008 года I ГАЗОХИМИЯ 61