Решаемая проблема. Задача рассмотрения новых концепций производства, хранения и транспортировки водорода на объектах Арктического региона соответствует актуальным мировым потребностям.

Для ее решения в статье предпринята попытка пересмотреть существующие подходы к освоению арктических нефтегазовых и газоконденсатных месторождений с акцентом на развивающиеся рынки низкоуглеродной продукции.

Детали исследования. В качестве перспективной технологии подготовки «жирных» газов предлагается использовать процесс ароматизации добываемого газа, который позволит преобразовать «жирный» газ с компонентами С1-С5 и нестабильный газовый конденсат в «тощий» газ С1-С2 (метан и этан), жидкие ароматические углеводороды бензол-толуол-ксилол, а также водород.

Попутный нефтяной газ для синтеза аммиака получается из отходящих газов установки риформинга метана. Используется метод частичного окисления и конверсии пара с последующим удалением СО2 аминовой очисткой. Кроме того, согласно представленной схеме, другие газы, например выхлопные газы турбинных электрогенераторов, работающих на метане, могут очищаться путем удаления СО2.

Важно отметить, что можно реализовать один из нескольких методов использования CO2, выделяемого из синтез-газа и выхлопных газов электростанции, например, природного или попутного нефтяного газа, сокращение углеродного следа производимых продуктов, а также производство и транспортировка связанного водорода потребуют внедрения и усовершенствования нескольких ключевых процессов:

1. Наиболее важными из них являются ароматизация углеводородных газов и нестабильного газового конденсата для получения бензол-толуол-ксилола, а также гидрирование бензол-толуол-ксилола с получением циклогексана.

2. Конверсия углеводородов для дальнейшего производства водорода, аммиака и метанола должна сочетать процессы с добавлением метана, водяного пара, кислорода и даже диоксида углерода.

3. Все производственные цепочки должны быть гармонично связаны в единый производственный процесс, достигая синергетического эффекта. Этот эффект может быть достигнут при комбинированном производстве водорода, метанола и аммиака.

4. В связи с отсутствием флота для перевозки сжатого или сжиженного водорода предлагается использовать танкеры и сухогрузные суда для перевозки связанного водорода в жидком и твердом виде. Для существующих газотранспортных систем и портовой инфраструктуры предлагается использовать пиролиз C1-C2 для получения бирюзового водорода и твердого углерода.

Методы исследования. Разработка газоконденсатных месторождений состоит из множества операций, в ходе которых получается широкий спектр газообразных и жидких продуктов, например, метан, этан, пропан-бутановая смесь, нестабильный газовый конденсат и т.д.

При обустройстве арктического месторождения для экспорта нефти может использоваться трубопроводный или танкерный транспорт, но ситуация осложняется наличием значительных объемов попутного нефтяного газа (ПНГ). Для его транспортировки экономически нецелесообразно строить установки по производству сжиженного природного газа (СПГ) и протяженные газопроводы. В этом случае следует рассмотреть возможность его использования на месте для производства тепла и электроэнергии.

 Вариант преобразования углеводородного газа в чистый водород может быть основан на сочетании пиролиза углеводородных газов и образования гидридов металлов. В этом случае в процессе пиролиза образуется твердый углерод, который можно собирать в кубы или брикетировать для транспортировки. Полученный водород может быть преобразован в твердые гидриды. В то же время продукты можно было бы транспортировать с удаленного поля на сухогрузе, риc. 1. В этом случае твердый углерод можно использовать локально, а гидрид будет диссоциировать с выделением водорода в непосредственной близости от потребителя. Гидридообразующие материалы возвращаются в удаленный арктический порт для повторного использования.

При отсутствии источника углеводородных газов предлагается рассмотреть процесс электролиза морской воды для получения водорода. Недостатком этого варианта является высокая энергоемкость. Следовательно, есть аргумент в пользу реализации процесса электролиза из морской воды и связывания водорода в гидриды, использования низкоуглеродистых высокопотенциальных источников зеленой энергии, например, гидроэнергетики или геотермальных систем, а также атомных электростанций.

Заключение. Низкоуглеродная экономика создает возможности для использования продуктов, происходящих из обсуждаемых регионов: в энергетическом секторе (сжигание водорода и аммиака без выбросов CO2), химической промышленности (циклогексан и метанол, связывающие углерод в химических соединениях), производстве продуктов питания и биомассы (азот из аммиака как основа для удобрений). В статье представлены методы повышения эффективности производства за счет взаимодополняемости газохимических процессов и обеспечения гибкости продаж за счет диверсификации производства. Такая диверсификация снизит инвестиционные риски и сохранит прибыльность в условиях трансформации международных рынков.