1 стр. из 1

«Природный газ обладает всеми возможностями для того, чтобы стать важнейшим топливом будущего поколения. Приблизительно с 2025 года в мире будет использоваться больше газа, чем нефти…» (Представитель компании Royal Dutch/Shell сэр Филип Уоттс)

Готовясь к выходу на международный рынок СПГ, Россия должна помнить старую пословицу: «Чтобы не отстать от конкурентов, надо бежать, а не идти, чтобы обогнать конкурентов, нужно бежать в два раза быстрее». Пока Россия только готовится начать заниматься проектами СПГ, на рынке появляются новые все более сильные игроки.

Так, недавно Иран и Индия подписали договор об условиях поставок иранского СПГ. Стоимость договора составляет $22 млрд., а срок действия — 25 лет. Этот договор предусматривает, что, начиная с 2009 г. Иран будет ежегодно поставлять в Индию 5 млн. т СПГ. Кроме Ирана, на сегодня в мире в стадии строительства находится 17 проектов СПГ (25 линий общей производственной мощностью 160 млрд м). Их пуск придется на 2006–2009 гг. К 2025–2030 гг. мировой объем производства СПГ составит примерно 600–640 млрд м, то есть 35–37% от всего объема торговли газом. Сейчас — 27%, а в 1970 г. было 6,6%.

Экономика и экология

В настоящее время за рубежом обозначилась и наиболее интенсивно развивается еще одна область применения СПГ — как универсального моторного топлива для транспортных средств различного функционального назначения.

Преимущества СПГ при использовании в качестве моторного топлива объясняются более высокой его плотностью (в 3 раза) по отношению к компримированному природному газу (КПГ) при давлении 200 атмосфер. Замена сжатого природного газа на СПГ позволяет существенно улучшить технические показатели транспортных средств: уменьшить габариты и массу системы хранения бортового топлива, увеличить полезную грузоподъемность и запас хода от одной заправки, сократить за счет более редких заправок непроизводительные затраты, связанные с холостыми пробегами. Сжижение позволяет уменьшить объем газа, занимаемый в обычных условиях, почти в 600 раз, что приводит, по сравнению со сжатием газа, к уменьшению массы системы хранения природного газа на транспортном средстве в 3–4 раза, а объема — в 1,5–3 раза.

Использование СПГ на транспорте оправдано не только с технико-экономической точки зрения, но и экологической. СПГ, по сравнению с традиционным нефтяным топливом, понижает содержание вредных компонентов выпускных газов: окиси углерода, окислов азота и углеводородов до 80, 70 и 45% соответственно. За рубежом последний фактор является решающим при газификации транспорта.

Перспективность применения сжиженного природного газа в качестве моторного топлива для автотранспортных средств в настоящее время ни у кого не вызывает сомнения. Исследования, выполненные фирмами Ford, Toyo Menka, Mercedes-Benz, MAN, Messer, BMW и др., показали техническую возможность и экономическую целесообразность такого использования СПГ на автотранспорте.

СПГ как моторное топливо применяют в США, Германии, Нидерландах, Норвегии, Франции и других странах. Известная американская компания Mack (в сотрудничестве с фирмой Waste Manage­ment Inc.) в течение уже 20 лет успешно занимается производством двигателей на СПГ. Так, седельный тягач Mack СН/LNG является самым чистым грузовым автомобилем на американских дорогах и отличается большим запасом хода, который составляет свыше 1000 км. В настоящее время к использованию СПГ в качестве моторного топлива присоединился и другой промышленный лидер США United Parcel Service (UPS).

За рубежом созданы и успешно развиваются достаточно большое количество фирм, специализирующихся на производстве газовой аппаратуры и криогенного оборудования для конвертации автомобилей на СПГ. Так, американская фирма Kaiser Brencar обслуживает свыше таких 1500 автомобилей. Ей выпускаются криогенные баки емкостью от 70 до 500 л с давлением около 0,15 МПа и топливные системы питания жидким газом, обеспечивающие беззаправочный пробег автомобиля на расстояние до 450 км. В Германии фирмами Mercedes-Benz и Messer разработаны и производятся городские мусоровозы, работающие на СПГ. Только во Франкфурте эксплуатируется более 80 таких муниципальных машин.

Авторефрижераторный транспорт на СПГ широко используется в Западной Европе для доставки в магазины свежих и подвергнутых глубокой заморозке продовольственных товаров. В Германии серийное производство авторефрижераторов на СПГ освоено совместно фирмами MAN и REWE. Грузовики снабжены шестицилиндровыми двигателями MAN-19.232 мощностью 170 кВт и изотермическими кузовами вместимостью 18 т. Среднегодовой пробег авторефрижератора составляет более 30 тыс. км при ежедневном пробеге в 159 км. Средний расход топлива (СПГ) составляет 28 кг/100 км.

Расширяется применение СПГ на водном транспорте. В Норвегии компания Statoil приступила к серийному производству судов на СПГ. Экологические преимущества очевидны: использование СПГ только на двух судах в течение года сокращает выбросы окислов азота до 420 т.

За рубежом расширяется применение сжиженного природного газа на железнодорожном транспорте. Многолетняя безаварийная эксплуатация магистральных и маневровых тепловозов на СПГ железнодорожными компаниями «Берлингтон Нозерн», «Моррисон-Кнудсен», «Санта Фе», «Юнион Пасифик» говорят об объективных преимуществах этого вида топлива.

Ведущие авиафирмы США, Японии и Западной Европы («Боинг», «Локхид», «Дойче Аэроспейс», «Эрбас Индастри») прогнозируют использование СПГ как основного топлива для авиации. Все они сходятся на том, что начиная с 2010–2020 гг. развернется широкое внедрение криогеники в мировое авиастроение.

Стремительное развитие двигателестроения в США и Западной Европе на основе криогенных газов заставляет внимательно посмотреть, как обстоят дела в России. Ведь тот, кто первый переведет авиа- и автотранспорт на топливо нового поколения, получит неоспоримые конкурентные преимущества в экономической и военной сферах.

До 1990 г. в бывшем СССР криогенным технологиям на транспорте уделялось большое внимание. Использованием СПГ в двигателях внутреннего сгорания начали заниматься в еще 50-х гг. По мере накопления опыта были разработаны и испытаны автомобили-рефрижераторы, в которых СПГ имел двойное применение: как моторное топливо и хладагент для термостатирования кузова. В 80-х гг. были успешно испытаны фургоны с изотермическими кузовами на базе грузовых автомобилей ЗИЛ-130 и ГАЗ-53.

В середине 90-х гг. в нашей стране были разработаны и прошли первичные испытания магистральные и маневровые тепловозы на СПГ — 2ТЭ116Г, 2ТЭ10Г и ТЭМ2У. По оценкам специалистов ВНИИЖТ, перевод 1000 магистральных тепловозов мощностью 2200 кВт на работу с использованием СПГ обеспечил бы замещение газом свыше 500 тыс. т дизельного топлива и экономию около 5 тыс. т дизельного масла в год. На сбереженном топливе могли бы работать в течение года еще 700 тепловозов или 2,5 тыс. газотепловозов. При этом на 35–40% уменьшились бы эксплуатационные затраты при применении маневровых газотепловозов.

Накопленный в области криогенной техники опыт позволяет прогнозировать успешное и безопасное внедрение СПГ в хозяйство страны. Особенно эффективно его использование как горючего в карьерных самосвалах с целью коренного улучшения экологической обстановки, снижения дымности и токсичности выбросов из двигателей машин, экономии топлива.

Эффект даст и перевод рефрижераторов на использование СПГ взамен жидкого азота. Отметим, что опытные образцы грузового автомобиля КамАЗ-53208 и ГАЗ-3302, работающие на СПГ, уже созданы. В недалекой перспективе СПГ должен найти применение как дешевое экологически чистое топливо в отечественной авиации и ракетной технике. В АНТК им. Туполева совместно с организациями «Газпрома» разработан и уже прошел летные испытания экспериментальный самолет ТУ-155 с двигателем НК-88 на СПГ, показавший реальность использования сжиженного природного газа для гражданских и транспортных самолетов. На его базе планируется серийно производить пассажирский самолет ТУ-156 с двигателем НК-89 на СПГ.

В настоящее время в РФ тепловозами осуществляется около 25% общего объема перевозок по железным дорогам, в стране более 47 тыс. км не­электрифицированных дорог. Комплексный анализ, проведенный Гипротрансом, показал, что рыночная ниша применения тепловозной тяги на СПГ составляет 34 тыс. км, а парк магистральных тепловозов — более 3500 шт., маневровых — более 2500 шт. Наиболее целесообразно внедрять тепловозную тягу на СПГ в районах, где имеются возможности организации его производства и требуется улучшение экологической обстановки (Северная и Свердловская железные дороги, Москва, Санкт-Петербург).

Несмотря на перспективность использования СПГ в РФ в качестве моторного топлива для различных видов транспорта, большинство руководителей транспортных хозяйств России занимают выжидательную позицию по отношению к этому вопросу, что связано, прежде всего, с отсутствием широкой сети заправочных станций СПГ, гарантированно обеспечивающих применение однотопливных газовых двигателей. Поэтому только решение проблем организации снабжения СПГ потенциальных потребителей позволит говорить, что СПГ действительно является для Российской Федерации «моторным топливом ХХI века».

Современные технологии производства СПГ для транспорта

Для сжижения природного газа могут быть использованы как принципы внутреннего охлаждения, когда природный газ сам выступает в роли рабочего тела, так и принципы внешнего охлаждения, когда для охлаждения и конденсации природного газа используются вспомогательные криогенные газы с более низкой температурой кипения (например, кислород, азот, гелий). В последнем случае теплообмен между природным газом и вспомогательным криогенным газом происходит через теплообменную поверхность.

Сжижение природного газа на основе внутреннего охлаждения может достигаться следующими способами:
 -  изоэнтальпийным расширением сжатого газа (энтальпия i = const), т.е. дросселированием (использование эффекта Джоуля-Томсона); при дросселировании поток газа не производит какой-либо работы;
 -  изоэнтропийным расширением сжатого газа (энтропия S = const) с отдачей внешней работы; при этом получают дополнительное количество холода, помимо обусловленного эффектом Джоуля-Томсона, так как работа расширения газа совершается за счет его внутренней энергии.
Как правило, изоэнтальпийное расширение сжатого газа используется только в аппаратах сжижения малой и средней производительности, в которых можно пренебречь некоторым перерасходом энергии. Изоэнтропийное расширение сжатого газа используется в аппаратах большой производительности.
Сжижение природного газа на основе внешнего охлаждения может достигаться следующими способами:
 -  использованием криогенераторов Стирлинга, Вюлемье-Такониса и т.д. (рабочими телами данных криогенераторов являются, как правило, гелий и водород, что позволяет при совершении замкнутого термодинамического цикла достигать температуры на стенке теплообменника ниже температуры кипения природного газа);
 -  использованием криогенных жидкостей с температурой кипения ниже, чем у природного газа, например, жидкого азота, кислорода и т.д.;
 -  использованием каскадного цикла с помощью различных холодильных агентов (пропана, аммиака, метана и т.д.); при каскадном цикле газ, легко поддающийся сжижению путем компримирования, при испарении создает холод, необходимый для понижения температуры другого, трудносжижаемого газа.
 
В настоящее время в России разработано достаточно много технологий, основанных на процессах внутреннего охлаждения природного газа. К числу таких технологий относятся системы сжижения с применением следующих холодильных циклов: дроссельно-вихревой с предохлаждением; турбодетандерный; каскадный со смешанным хладагентом; пульсационно-регеративный; компрессорно-детандерный и др.

Однако опыт практической реализации технологий сжижения природного газа на основе внутреннего охлаждения показал, что они имеют ряд существенных недостатков, среди которых:
 -  все технологии получения СПГ на основе внутреннего охлаждения могут быть реализованы либо на газораспределительных станциях (ГРС), либо на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС), что невыгодно значительной части потребителей ввиду их удаленности от данных станций;
 -  характерной особенностью данных циклов является наличие несжиженной части природного газа. Так, в случае применения цикла с вихревой трубой или дроссельного цикла, несжиженная часть может составлять более 98% от общего объема проходящего газа;
 -  высокая стоимость СПГ. Более того, при определении его цены необходимо учитывать стоимость перевозки от места получения СПГ до непосредственного потребителя. Как показал опыт работы ЗАО «Криогаз», при расстоянии более 80 км транспортные расходы могут оказывать существенное влияние на увеличение цены СПГ (до 30%).
 
В настоящее время предпринимаются попытки повышения производительности установок по производству СПГ на основе внутреннего охлаждения природного газа, например, за счет предварительного охлаждения в парокомпрессионных холодильных машин. Однако все это приводит к значительному усложнению принципиальных схем и увеличению себестоимости получаемого СПГ.

Необходимо также отметить, что для создания высокоэффективных мини-заводов на основе ГРС с использованием внутреннего охлаждения газа необходим расход газа не менее 30 тыс. нм/ч с входным давлением 60–65 бар. В настоящее время для большинства крупных российских ГРС со стабильным сезонным расходом в сотни тысяч кубических метров газа в час характерны следующие показатели давлений:
 -  давление на входе — 35–45 бар;
 -  давление на выходе — 12 бар.
ГРС с такими параметрами позволяют получать коэффициент сжижения по дроссельному циклу или циклу с вихревой трубой в диапазоне 0,5–2%, что для рентабельного промышленного производства СПГ не может быть признано удовлетворительным в связи с большими капитальными и эксплуатационными затратами на создание мини-завода.

Анализ зарубежных технологий производства СПГ на мини-заводах показывает, что сжижение осуществляется в основном с применением криогенных систем внешнего охлаждения. Лидерами в области производства таких установок являются фирмы «Криопак», «Криогаз Энженеринг Лтд» и др. Сжиженный в этих установках природный газ используется для газификации населенных пунктов и применяется в качестве моторного топлива для транспортных средств. Так, заправка СПГ автотранспорта в США осуществляется на многочисленных стационарных автозаправочных станциях, куда сжиженный природный газ доставляется в специальных криогенных метановозах от мини-заводов по производству СПГ. Особенно широкая сеть таких автозаправочных станций создана на юго-западе США в штатах Калифорния, Аризона, Колорадо, Техас, Пенсильвания и т.д. Крупнейшая в мире заправочная станция СПГ расположена в Калифорнии. При объеме газа в 60000 л она снабжена 6 СПГ-колонками, что позволяет заправлять в короткие сроки до 200 крупных мусоровозов.

Комплекс сжижения природного газа внешнего охлаждения фирмы «Криопак» предназначен для сжижения природного газа объемом от 13626 до 454200 тыс. нм в сутки, при этом объем полученного СПГ составит 22–272 м в сутки.

Относительно новой высокоэффективной технологией сжижения на основе внешнего охлаждения являются технологии с применением криогенных машин Стирлинга (КГМ). Так, криогенная машина Стирлинга «РРG-2500» при давлении поступающего природного газа менее 2 МПа способна обеспечить производство 5–6 т СПГ в сутки. При монтаже этой КГМ к ней требуется подвести только электроэнергию, охлаждающую воду и природный газ. Пусковой период длится 15 минут и осуществляется автоматически. Фирма-производитель гарантирует наработку на отказ в течение 8000 ч и моторесурс до ремонта не менее 20 тыс. часов.

Перспективность применения технологий с криогенными машинами Стирлинга для создания заправочных станций по производству СПГ оценена и за рубежом. Так, известнейшая в мире компания, занимающаяся разработкой криогенных технологий, немецкая фирма Linde AG разработала ожижительную установку с КГМ Стирлинга, привод которой осуществляется от газового двигателя. В качестве топлива для газового двигателя используется магистральный природный газ.

Представляется перспективным использования создание крупных установок по производству СПГ типа «Стирлинг–Стирлинг». В этих установках предполагается использовать для привода криогенных машин Стирлинга двигатели Стирлинга.

Двигатели Стирлинга относятся к классу двигателей с внешним подводом теплоты, что обуславливает принципиальную особенность их работы по сравнению с двигателями внутреннего сгорания. Данное обстоятельство позволяет использовать различные источники теплоты (и прежде всего, природный газ), добиваться более низкой токсичности при работе на органическом топливе, снижения уровня шумов и вибраций, экономить до 20% топлива по сравнению с традиционными двигателями внутреннего сгорания.

В условиях предполагаемой программы всеобщей газификации автотранспорта РФ, основные положения которой изложены в проектах федеральных законов РФ «Об альтернативном моторном топливе — природном газе» и «Об экологизации автомобильного транспорта», в постановлениях Правительства РФ от 15 января 1993 г. № 31 «О неотложных мерах по расширению замещения моторных топлив природным газом» и от 2 ноября 1995 г. № 1087 «О неотложных мерах по энергосбережению», предусматривающих замену нефтяных видов топлива альтернативными, создание техники, использующей СПГ в качестве топлива и хладагента, является наиболее перспективным и экономически выгодным направлением в области создания транспортных средств XXI в.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!