Завод по сжижению природного газа

Завод по сжижению природного газа (СПГ-завод, англ. LNG plant) — это промышленное предприятие, предназначенное для переработки природного газа в сжиженное состояние (СПГ) с целью его транспортировки и хранения. Основными технологическими процессами на таком заводе являются очистка газа от примесей, осушка, сжижение (конденсация) при криогенных температурах (около −162 °C) и последующее хранение в специальных изотермических резервуарах. Заводы по сжижению газа являются ключевым звеном в цепочке поставок СПГ, позволяя доставлять газ в регионы, не имеющие трубопроводной инфраструктуры.

История развития

Первые промышленные попытки сжижения природного газа были предприняты в начале XX века. В 1917 году в США был построен первый завод по сжижению газа, однако он использовался в основном для экспериментальных целей. Коммерческое производство СПГ началось в 1960-х годах. Первый крупный экспортный завод был запущен в Алжире в 1964 году (завод «Арзев»), что положило начало международной торговле сжиженным газом.

В СССР первый завод по сжижению природного газа был построен в 1970-х годах в рамках проекта по освоению газовых месторождений Западной Сибири. Однако массовое строительство крупнотоннажных СПГ-заводов в России началось только в 2000-х годах. В 2009 году был введён в эксплуатацию завод «Сахалин-2» (проект «Сахалин Энерджи»), ставший первым крупнотоннажным СПГ-заводом в России.

В 2010-х годах строительство СПГ-заводов активизировалось в США, Катаре, Австралии и России. В 2017 году был запущен завод «Ямал СПГ» (проект «НОВАТЭК») в Арктической зоне, что стало значимым событием для мировой газовой отрасли.

Классификация заводов

Заводы по сжижению природного газа классифицируются по нескольким признакам.

По масштабу производства

• Крупнотоннажные заводы — производительностью более 1 млн тонн СПГ в год. Обычно строятся на экспортных проектах и включают несколько технологических линий (трэнов). Примеры: «Сахалин-2» (Россия, 9,6 млн т/год), «Раc-Лаффан» (Катар, 77 млн т/год).
• Среднетоннажные заводы — производительностью от 0,1 до 1 млн тонн СПГ в год. Часто используются для регионального газоснабжения или для обеспечения промышленных потребителей.
• Малотоннажные заводы — производительностью менее 0,1 млн тонн СПГ в год. Предназначены для локального потребления, например, для газоснабжения удалённых населённых пунктов или для использования в качестве топлива для транспорта.

По типу размещения

• Наземные заводы — строительство на суше. Наиболее распространённый тип.
• Плавучие заводы (FLNG) — заводы, размещённые на судах или платформах. Позволяют вести добычу и сжижение газа непосредственно на шельфовых месторождениях, без строительства трубопроводов. Пример: проект «Prelude FLNG» (Австралия, компания Shell).
• Морские заводы — стационарные платформы для сжижения газа на шельфе.

По технологическому процессу

• Заводы с каскадным циклом — используют несколько последовательных циклов охлаждения с разными хладагентами (например, пропан, этилен, метан). Применяются на крупнотоннажных заводах (например, в Катаре).
• Заводы с циклом на смешанном хладагенте (MRC) — используют один цикл с многокомпонентной смесью хладагентов (азот, метан, этан, пропан, бутан). Наиболее распространённая технология в мире. Пример: завод «Ямал СПГ».
• Заводы с азотным циклом — используют азот в качестве единственного хладагента. Применяются на малотоннажных заводах из-за меньшей эффективности, но большей простоты и безопасности.

Устройство и технологический процесс

Современный завод по сжижению природного газа включает несколько основных технологических участков.

Приём и подготовка сырья

Природный газ, поступающий с месторождения, содержит примеси: воду, углекислый газ, сероводород, ртуть, тяжёлые углеводороды (пропан, бутан, пентан). На входе газ проходит через систему сепарации и очистки. Удаление воды (осушка) осуществляется с помощью гликолей или адсорбентов. Углекислый газ и сероводород удаляются аминовой очисткой. Ртуть удаляется фильтрами с активированным углём. Тяжёлые углеводороды извлекаются на установках низкотемпературной сепарации.

Сжижение

Очищенный газ поступает на установку сжижения. Основной элемент — криогенные теплообменники (обычно спиральновитые или пластинчатые), в которых газ охлаждается до температуры конденсации (−162 °C). Процесс сжижения требует значительного количества энергии — до 10–15% от энергоёмкости газа. На крупнотоннажных заводах используются компрессоры с газотурбинным или электроприводом.

Хранение

Сжиженный газ хранится в изотермических резервуарах с двойными стенками. Внутренняя стенка изготавливается из криогенной стали (например, 9% никелевой стали), внешняя — из железобетона с теплоизоляцией (перлит, вакуумная изоляция). Ёмкость одного резервуара может достигать 200 000 м³. Резервуары оснащаются системами поддержания давления и испарения (BOG — boil-off gas).

Отгрузка

СПГ отгружается на танкеры-газовозы через специальные причалы с криогенными трубопроводами и погрузочными рукавами. В некоторых случаях (для малотоннажных заводов) возможна отгрузка в автоцистерны или железнодорожные цистерны.

Применение и значение

Заводы по сжижению природного газа играют ключевую роль в глобальной энергетике. Основные направления использования СПГ:

• Экспорт газа — СПГ позволяет транспортировать газ морским путём на большие расстояния, что особенно важно для стран, не имеющих трубопроводной инфраструктуры (Япония, Южная Корея, Китай, Индия).
• Газоснабжение удалённых регионов — в России малотоннажные СПГ-заводы используются для газификации отдалённых населённых пунктов, например, в Якутии, на Камчатке, в Арктике.
• Топливо для транспорта — СПГ применяется как моторное топливо для грузового автотранспорта, морских судов, железнодорожных локомотивов.
• Промышленность — СПГ используется как сырьё для химической промышленности (производство аммиака, метанола) и как топливо для электростанций.

Крупнейшие заводы мира

По состоянию на 2024 год крупнейшими заводами по сжижению природного газа являются:

Экологические аспекты

Производство СПГ сопряжено с выбросами парниковых газов. Основные источники выбросов — сжигание газа в компрессорах (для привода газотурбинных установок) и испарение газа при хранении и отгрузке (BOG). Для снижения выбросов применяются технологии утилизации BOG (повторное сжижение или использование в качестве топлива), а также переход на электропривод компрессоров от возобновляемых источников энергии.

Кроме того, строительство крупнотоннажных заводов требует значительных земельных ресурсов и может оказывать воздействие на прибрежные экосистемы. В России проекты «Ямал СПГ» и «Арктик СПГ 2» реализуются в условиях вечной мерзлоты, что требует специальных инженерных решений для минимизации воздействия на окружающую среду.

Интересные факты

• Первый в мире плавучий завод по сжижению газа (FLNG) «Prelude» (Shell) был запущен в 2019 году у берегов Австралии. Его длина составляет 488 метров, что делает его крупнейшим плавучим сооружением в мире.
• Завод «Ямал СПГ» расположен за Полярным кругом, что потребовало строительства уникальных технологических линий, устойчивых к экстремально низким температурам (до −50 °C).
• В России разрабатывается проект «Арктик СПГ 2» (НОВАТЭК), который предусматривает использование гравитационных платформ для размещения технологических линий на шельфе.

Источники

• «Сжиженный природный газ: технологии и экономика» / под ред. В. А. Смирнова, 2019.
• Данные Международного газового союза (IGU) — World LNG Report 2023.
• Материалы ПАО «НОВАТЭК» — проекты «Ямал СПГ» и «Арктик СПГ 2».
• Информация Министерства энергетики РФ — «Стратегия развития СПГ-проектов России до 2035 года».
• Shell — «Prelude FLNG: Technical Overview», 2020.