Сжиженный природный газ

Сжи́женный приро́дный газ (СПГ или LNG от англ. liquefied natural gas) — природный газ (преимущественно метан, CH₄), искусственно сжиженный путём адиабатического совершения работы в турбодетандере, при этом метан охлаждается до -162 °C для удобства хранения или транспортировки. Для хозяйственного применения преобразуется в газообразное состояние на специальных регазификационных терминалах.

СПГ рассматривается как приоритетная или важная технология импорта природного газа целым рядом стран, включая Францию, Бельгию, Испанию, Южную Корею и США. Самый крупный потребитель СПГ — это Япония, где практически 100 % потребностей газа покрывается импортом СПГ.

СПГ представляет собой жидкость без запаха и цвета, плотностью 0,41—0,5 кг/л в зависимости от температуры, давления, и содержания высших алканов (плотность чистого метана при температуре кипения — 0,41 кг/л, при повышении давления и понижении температуры плотность растет, примеси высших алканов также повышают плотность)^[1][2]. Не токсичен. Температура кипения −158…−163 °C. Современный СПГ состоит на 85—95 % из метана, а в остальные 5 % входят этан, пропан, бутан, азот^[3]. Нижняя граница теплоты сгорания — 50 116 кДж/кг, или 20 МДж/л. В процессе обработки природный газ очищают от воды, диоксида серы, диоксида углерода и т. п.^[4]. При горении паров выделяются диоксид углерода (углекислый газ, CO₂) и водяной пар.

Чистый СПГ не горит, сам по себе не воспламеняется и не взрывается. На открытом пространстве при нормальной температуре СПГ возвращается в газообразное состояние и быстро смешивается с воздухом. При испарении природный газ может воспламениться, если произойдет контакт с источником пламени. При концентрации в воздухе около 5% и более 16% природный газ горит, концентрации от 5 до 16 % его смесь с воздухом взрывается^[5]. Если концентрация менее 4,4 %, то газа будет недостаточно для начала возгорания, а если более 17 %, то для возгорания в смеси будет слишком мало кислорода. Для использования СПГ подвергается регазификации — испарению без присутствия воздуха.

Начиная с 1990-х годов появляются различные проекты использования СПГ в качестве моторного топлива на водном^[6], железнодорожном и даже автомобильном транспорте, чаще всего с использованием переоборудованных газодизельных двигателей^[7] — до этого основной формой метанового топлива для транспорта всегда был компримированный (сжатый) природный газ (КПГ).

На судах СПГ как основной вид топлива используется как на грузовых, так и на пассажирских перевозках:

• первым грузовым судном стал контейнеровоз Isla Bella (спуск на воду 18 апреля 2015 года);
• первым пассажирским круизным лайнером на СПГ стал AIDAnova (спущен на воду 21 августа 2018 года)^[8].

В России выпускается тепловоз ТЭМ19, работающий на СПГ^[9][10]. В США и Европе появляются проекты по переводу грузового автомобильного транспорта на СПГ^[11][12].

Разрабатываются ракетные двигатели, использующие в качестве топлива «СПГ + жидкий кислород» (данный вид двигателей имеет ряд преимуществ).

СПГ получают из природного газа путём сжатия с последующим охлаждением. При сжижении природный газ уменьшается в объёме примерно в 600 раз^[3][13]. Процесс проходит в несколько ступеней — каждый раз газ сжимается в 5—12 раз и охлаждается, затем направляется на следующую ступень. Сжижается газ при охлаждении вслед за окончательной стадией сжатия. Процесс получения СПГ достаточно энергоёмок^[14], расход энергии достигает 25 % от её количества, содержащегося в сжиженном газе.

В процессе сжижения используются различные виды установок — дроссельные, турбодетандерные, турбинно-вихревые и пр.

Как правило, завод по сжижению природного газа состоит из:

• установки предварительной очистки и сжижения газа;
• технологических линий производства СПГ;
• резервуаров для хранения;
• оборудования для загрузки на танкеры;
• дополнительных служб для обеспечения завода электроэнергией и водой для охлаждения^[15].

Технология сжижения

Процессы сжижения больших заводов СПГ^[16]:

• AP-C3MR — разработан Air Products & Chemicals, Inc. (APCI)
• AP-X — разработан Air Products & Chemicals, Inc. (APCI)
• AP-SMR (Single Mixed Refrigerant) — разработан Air Products & Chemicals, Inc. (APCI)
• Cascade — разработан ConocoPhillips
• MFC (mixed fluid cascade) — разработан Linde
• PRICO (SMR) — разработан Black & Veatch
• DMR (Dual Mixed Refrigerant)
• Liquefin — разработан Air Liquide

Доставка СПГ — процесс, включающий в себя несколько стадий. Сначала происходит трансформация природного газа в СПГ на заводах по сжижению газа, которые обычно располагаются рядом с районами добычи природного газа. СПГ хранится в специальных криоцистернах, устроенных по принципу сосуда Дьюара. Транспортируется СПГ на специализированных морских судах — газовозах, оборудованных криоцистернами, а также на спецавтомобилях.

По прибытии газовозов сжиженный газ перекачивается в хранилище сжиженного природного газа на суше, либо в плавучие установки для хранения и ре-газификации СПГ.

При прибытии газовоза производится швартовка с хранилищем или плавучей установкой. После разгрузки — безопасное отсоединение.

При потреблении сжиженный газ подвергается регазификации и подаётся в газораспределительную систему. Регазифицированный СПГ транспортируется конечным потребителям по трубопроводам.^[17]

Считается, что транспортировка газа в виде СПГ становится более экономичной по сравнению с трубопроводом на расстояниях более нескольких тысяч километров^[18].

На январь 2022 года в мире насчитывается около 40 плавучих установок для хранения и регазификации газа^[19].

• 1912 год — построен первый экспериментальный завод, не использовался для коммерческих целей. В 1917 году в США был получен первый СПГ. Развитие трубопроводных систем доставки надолго отложило совершенствование этой технологии.
• 1941 год — в Кливленде (штат Огайо, США) впервые налажено масштабное производство сжиженного природного газа.
• 1944 год — первая и самая серьёзная по сей день катастрофа, унёсшая 128 жизней. Основной причиной катастрофы послужил неправильный выбор металла для танков.
• 1959 год — осуществлена первая поставка сжиженного природного газа из США в Великобританию на модифицированном танкере времен Второй мировой войны. В этом же году газ был поставлен из США в Японию.
• 1964 год — построен завод в г. Арзев (Алжир); начались регулярные перевозки танкерами; начал работать первый терминал по регазификации во Франции.
• 1969 год — начало долгосрочных поставок из США в Японию — соглашения действуют более 40 лет.
• 1971 год — начались поставки из Ливии, завод в Марса-эль-Брега (сейчас Эль-Бурайка), в Испанию и Италию.
• 1972 год — производство СПГ началось в Брунее — завод в Лумуте.
• 1977 год — на рынок сжиженного природного газа вышла Индонезия.
• 1983 год — начато производство в Малайзии — объём поставок в Японию составил 8 млн тонн.
• 1989 год — началось производство в Австралии — объём 6 млн тонн в год.
• 1990-е — Индонезия становится одним из основных производителей и экспортеров СПГ в Азиатско-Тихоокеанском регионе — 22 млн тонн в год.
• 1997 год — Катар становится одним из экспортеров СПГ^[20].
• 2009 год — запущен первый в России завод СПГ, порт Пригородное (Корсаков, Сахалинская область, проект «Сахалин-2»), объём резервуаров 200 тыс. м³.
• 2021 год — Объём реализации СПГ в мире составил 380 млн тонн. Из них 80 млн тонн реализовано на рынке Европы^[21][22].

С 2021 г. — Мировой энергетический кризис (кратный рост цен), в 2022 г. многие страны Западной Европы, из-за войны России с Украиной, стремятся отказаться от трубопроводного газа из России, переходя на СПГ, в основном из США.^[23]

В 2018 году странами — лидерами по поставкам (чистый экспорт) сжиженного газа были (в млрд м³)^[24]:

• Катар — 104,8;
• Австралия — 91,8;
• Малайзия — 33,0;
• США — 28,4; (Venture Global LNG)
• Нигерия — 27,8;
• Россия — 24,9;
• Индонезия — 20,8;
• Тринидад и Тобаго — 16,8;
• Алжир — 13,5;
• Оман — 13,6;
• Папуа-Новая Гвинея — 9,5.

По состоянию на 2019 год доля России на мировом рынке СПГ составляла 6 % от общего объема^[25]. В 2018 году российский экспорт СПГ увеличился на 70 %, достигнув почти 26 млрд м³.^[26]

В СССР промышленное сжижение природного газа практически отсутствовало. Единственный в СССР завод СПГ построен в 1950-х в Московской области и предназначался для покрытия пиков потребления газа из газопровода Саратов — Москва.^[27]

В России с конца 1990-х годов определенное распространение получили малотоннажные производства СПГ для заправки автотранспорта и снабжения населения.
Первый крупнотоннажный завод СПГ в России был построен в 2009 году, в рамках проекта Сахалин-2, в посёлке Пригородное на юге Сахалина.^[28] Ямал СПГ: компанией «Новатэк» (владелец контрольного пакета акций), совместно с французской «Total» и китайской «CNPC», реализован проект завода по сжижению природного газа на полуострове Ямал.

Перспективы развития

Согласно планам развития производства СПГ (февраль 2021) предполагалось, что в России до 2035 года появятся заводы общей мощностью до 95 млн тонн в год. «Роснефть» намерена реализовать три проекта общей стоимостью не менее 100 млрд долл.: «Дальневосточный» (строительство двух очередей, совместно с Exxon; 15 млн тонн), «Таймыр СПГ» (35-50 млн тонн), «Кара СПГ» (30 млн тонн), если компания сможет построить три этих завода, то Россия станет одним из мировых лидеров производства СПГ (как предполагалось в начале 2021 года, реализация всех трех СПГ-проектов позволит стать России одним из крупнейших производителей СПГ в мире наравне с «большой тройкой» — Катар, Австралия и США)^[29]. Похожие проекты разрабатываются другими компаниями, например, в «Новатэке» («Обский СПГ», запуск которого намечен на 2025 год).^[29]

Развитая структура ГТС исполнит роль транспорта для сети СПГ-заводов, которые удобно разместить в местах с готовой инфраструктурой и рабочей силой и высоким спросом на готовую продукцию.

Ведется строительство СПГ-завода «Сахалин-1» мощностью 6,2 млн. т. в Де-Кастри в Хабаровском крае (первая очередь «Дальневосточного СПГ»). Его продукция будет востребована в Японии благодаря географической близости двух стран^[30].

На 2014 год 29 стран импортировали СПГ^[31].

Основными импортёрами СПГ в 2018 году были (в млрд м³/год)^[24]:

• Япония — 113,0;
• Китай — 73,5;
• Республика Корея — 60,2;
• Индия — 30,6;
• Тайвань — 22,8;
• Испания — 15,0;
• Франция — 13,1;
• Турция — 11,5.

За последние десять лет мировой спрос на СПГ увеличился вдвое, составив в 2016 году 258 млн тонн.^[32]

• Международная группа импортеров сжиженного природного газа (The International Group of Liquefied Natural Gas Importers, GIIGNL^[англ.])^[33]
• Каталог регазификационных терминалов сжиженного природного газа

На территории Европы расположено около тридцати крупных регазификационных терминалов, суммарная мощность которых по состоянию на конец 2016 г. превышала 218 млрд м³ в эквиваленте природного газа. Однако в число крупнейших потребителей СПГ европейские страны не входят. Общий импорт СПГ в Европу в 2016 г. составил всего лишь 51 млрд м³ в эквиваленте (15,3 % мирового рынка этого продукта). При этом крупные поставки осуществлялись в Испанию (13,2 млрд м³), Великобританию (10,5 млрд м³), Францию (9,7 млрд м³).

Одна из причин низкой активности европейских стран на рынке СПГ — его высокая стоимость, другая причина — давно отлаженные трубопроводные поставки газа из России. В результате существующие регазификационные мощности не востребованы, терминалы работают с довольно низкой загрузкой. В 2016 г. загрузка мощностей терминалов колебалась от 19 % в Нидерландах и 20 % в Великобритании до 31 % в Бельгии и 37 % в Италии^[34].

Польша стремится к тому, чтобы стать одним из газовых хабов Европы, используя импорт СПГ, в основном из США и Катара. Сама Польша на 50 % обеспечивает собственные энергетические нужды за счёт поставок трубопроводного газа из России (страна являлась, до 2022 г., одним из старейших покупателей российского газа, поставки которого идут без перерыва с 1944 года), так что вопрос импорта ей газа вопрос дискутируемый.^[35].

В октябре 2019 года глава немецкой энергетической компании «Uniper» Андреас Ширенбек заявил, что на континенте дефицит газа, возможно, достигнет 300 млрд кубометров в год. Как он считает, на европейском рынке будет увеличиваться доля поставок СПГ, и Европа в основном будет получать его из России. По его словам, альтернативы российскому СПГ нет: норвежские месторождения в Северном море иссякают, в Алжире растёт внутренний спрос на газ и он снизил экспорт на 20 процентов^[36].

• Газовоз
• Регазификация сжиженного природного газа
• Сланцевый газ
• Компримированный природный газ

• Гайнуллин Ф. Г., Гриценко А. И., Васильев Ю. Н., Золотаревский Л. С. Природный газ как моторное топливо на транспорте. — М.: Издательство «НЕДРА», 1986.
• В. С. Вовк, А. И. Новиков, А. И. Глаголев, Ю. Н. Орлов, В. К. Бычков, Д. А. Удалов «Мировая индустрия и рынки сжиженного природного газа: прогнозное моделирование». — М.: Издательство «Газпром экспо», 2009
• Майорец М., Симонов К. Сжиженный газ — будущее мировой энергетики. — М.: Альпина Паблишер, 2013. — 360 с. — ISBN 978-5-9614-4403-2.

• Производство и экспорт СПГ в 2018 г. // Лента. Ру, 1 апреля 2019
• Мир на грани конца бума: от жидкого газа начали отказываться // РИА Новости, 23.02.2020
• СПГ выходит в море/// ГеоЭнергетика.ru, 02.07.2018