science-review.ru
Российская Арктика – уникальный регион, в которым сосредоточены ценнейшие запасы углеводородов. Огромная сырьевая база открывает широкие перспективы для развития многих отраслей промышленности и экономики страны.
Из общего объёма всех полезных ископаемых, добываемых в Арктике, наиболее значимыми являются углеводороды, а именно: нефть, газ и газовый конденсат. Их добыча связана с решением широкого спектра организационных вопросов, касающихся логистики, проектирования и проведения большого числа всевозможных изысканий, предшествующих разработке месторождений углеводородов [1].
Добытое углеводородное сырье направляется на переработку. Современные технологии нефтехимического синтеза позволяют производить из углеводородов множество химических продуктов и материалов. К химическим продуктам относят функциональные производные углеводородов – спирты, альдегиды, кетоны, нитро- и аминопроизводные, аммиак, водород. К материалам – пластмассы, каучуки, волокна, моющие средства, душистые вещества, лекарства, фунгициды, гербициды и др. На основе этих материалов и продуктов промышленность нефтехимического синтеза производит огромное число товаров народного потребления: от одежды и предметов быта до лекарственных препаратов. Однако это ценнейшее сырье зачастую просто сжигается по причине отсутствия установок для его переработки. По данным учёных [5, 6] в последние 15 лет сжигают 10-11 млн т. в год жирных газов, цена которых составляет десятки тысяч долларов США.
Все многообразие сложных органических соединений появляется из относительно простых веществ алифатического углеводородного ряда: метана, этана, пропана и бутана (рис. 1).
Рис. 1. Генетическая связь углеводородных соединений
Так, например, при нагревании метана с водяным паром над никелевым катализатором получают «синтез-газ». Пропуская образовавшуюся смесь над катализатором, получают водород, который используют для синтеза аммиака:
Синтез-газ используется также для синтеза метилового спирта:
Метан служит сырьем для получения синильной кислоты:
При хлорировании метана получают хлористый метил, который применяют в качестве растворителя и метилирующего агента в органических синтезах. При взаимодействии хлористого метила с кремнием с последующим гидролизом продукта реакции и его поликонденсацией получают соединение, являющееся термостойким полимером:
Такой продукт хлорирования метана, как трихлорметан, широко используют в качестве растворителя, а также сырья для производства хлоруглеродов. Путем цепочки непростых превращений этого галогеноалкана получают ценнейший материал политетрафторэтилен (тефлон):
Тефлон – материал, который обладает устойчивостью в отношении различных агрессивных сред, он не набухает и не растворяется в органических растворителях, что делает его незаменимым материалом для химического машиностроения.
Тетрахлорметан широко применяется для сухой чистки одежды и в качестве негорючего растворителя. Из него производят дифторхлорметан – важнейший фреон, используемый как хладоагент в холодильниках:
При хлорировании этана получают хлористый этил. На его основе получают тетраэтилсвинец, который применяют для повышения октанового числа бензина. Из продуктов хлорирования пропана большое значение имеет 1,3 дихлорпропан. Из него синтезируют циклопропан, обладающий хорошим анастезирующим эффектом:
Хлорбутаны – хорошие растворители жиров, хлорпентаны – при гидролизе дают амиловые спирты, являющиеся прекрасными растворителями лаков и красок. Гексахлорциклопентан, полученный при полном замещении атом водорода на атомы хлора в циклопентане, является средством для борьбы с сельскохозяйственными вредителями [7].
Рамки статьи не позволяют описать все многообразие синтезов на основе метана и жирных газов. Но уже приведённых примеров достаточно для понимания ценности этого природного сырья.
В связи с этим огромное значение имеет выбор оптимальной стратегии развития Арктического региона.
Не так давно стало известно о возобновлении работ по освоению Штокмановского газоконденсатного месторождения [10]. Данное месторождение по величине запасов относится к уникальным, объем газа и конденсата (по категории С1) составляет 3,9 трлн. куб. м и 56 млн. тонн соответственно (рис. 2) [3, 4]. Объемная доля метана в составе газа Штокмановского месторождения составляет примерно 96 %, что позволяет классифицировать газ как «сухой». Это означает, что углеводородные компоненты состава С2 и выше содержатся в минимальных концентрациях. Такой газ требует сравнительно небольших затрат на подготовку к транспортировке, транспортировку и дальнейшую переработку, в том числе сжижение [2, 8, 9].
Рис. 2. Общая схема расположения нефтяных и газовых месторождений Баренцевоморской провинции
Разработка Штокмановского месторождения даст старт активному экономическому развитию региона.
На начальном этапе это позволит сформировать инфраструктуру, необходимую для проведения геологоразведочных работ по выявлению нефтегазоносных структур, а так же работ по строительству добычных комплексов и перерабатывающих мощностей. В перспективе, такой вектор развития экономики региона станет основополагающим применительно к разработке углеводородных месторождений, что в свою очередь позволит осваивать обширную сырьевую базу Арктики.
Например, реализация проекта по разработке Штокмановского месторождения позволит провести разработку Ледового, Лудловского и Лунинского месторождений на основе созданного технологического комплекса без существенных затрат на переоборудование, так как газ вышеназванных месторождений является схожим по составу. Такое предположение выдвинуто на основании того факта, что четыре этих месторождения приурочены к одной и той же геологической структуре – Штокмановско-Лунинской мегаседловине (рис. 3) [3, 4].
Рис. 3. Геологический разрез отложений Штокмановско-Лунинской мегаседловины
Сырьевая база Арктики не ограничивается месторождениями с «сухим» газом. В данном регионе выявлены газовые залежи, содержащие так называемый, «жирный газ». В его составе наряду с метаном в значительных количествах присутствуют углеводороды состава С2– С5 [2, 5, 6].
Инфраструктура, созданная на начальном этапе развития региона, позволит вести эффективную разработку таких месторождений.
Эффективность разработки будет, прежде всего, обусловлена наличием готовой технологической базы и ее большим инновационным потенциалом, связанным с возможностью модернизации производства. Это в свою очередь позволит оптимально и целесообразно расходовать ресурсы региона и получать наибольший экономический эффект. Российская Арктика может стать регионом с широко развитым нефтегазохимическим производством, а также крупной системой сбора и транспорта углеводородных соединений С2 – С5.
Разработка Штокмановского газового месторождения создаст основу для промышленного освоения углеводородного потенциала шельфа Российской Арктики, а также укрепляет позицию Российской Федерации не только на европейском газовом, но и на глобальном энергетическом рынке [1].
Более того, Штокмановское месторождение имеет статус ресурсной базы для поставок газа по трубопроводам «Северный поток» и «Северный поток-2» в страны Западной Европы, а также для производства сжиженного природного газа, который впоследствии может быть реализован на тех же рынках.
Проект по реализации Штокмановского месторождения обеспечит долгосрочные поставки энергетического сырья зарубежным партнерам Российской Федерации и станет важным фактором обеспечения энергетической безопасности на европейском континенте [10].
Однако, больший экономический эффект и рост обеспечит не топливное направление переработки газа, а производство нефтехимической продукции.
В связи с тем, что разработка морских месторождений связана с внедрением инновационных технологий, прежде всего положительный эффект будет получен в наукоемких отраслях отечественного производства.
Так же, ведущие компании газовой отросли России, прежде всего ПАО «Газпром», получат опыт работы в сложных условиях Российской Арктики, что в перспективе обеспечит интенсификацию экономики этого региона.