Паспорт совместного российско-американского проекта

N-09-TIPS RAS-1
Паспорт совместного российско-американского проекта
1. Название
Создание комбинированного химико-технологического энергетического комплекса
на базе технологий нового поколения добычи и переработки тяжелых высоковязких
нефтей и природных битумов с извлечением металлов с использованием энергии высокотемпературных модульных газоохлаждаемых атомных реакторов (МГР).
2. Аннотация
В течение ближайших, как минимум, 50 лет углеводородное сырье останется главным
источником энергии для транспорта и энергетики, основой большинства синтетических
конструкционных материалов, химических продуктов, поэтому владение технологиями
его переработки определяет как уровень экономического развития страны, так и ее
экономическую безопасность. Из известных к настоящему времени извлекаемых ресурсов
углеводородного сырья более 50% составляют невоспроизводимое сырье - легкие, средние
и тяжелые нефти (160-180 млрд. легких и средних нефтей и 800-820 млрд. тяжелых
нефтей и битумов), запасы которых также ограничены. Добыча, транспортировка и переработка этих нефтей требуют весьма высоких энергетических (требующим около 1 ГДж
на тонну перерабатываемого сырья) и других затрат. Для переработки тяжелых высоковязких металлсодержащих нефтей традиционные схемы и технологии неприемлемы, так
как теряются их ценные качества. Необходимо разработать технологию и схему комплексной безотходной переработки с получением традиционных нефтепродуктов и ценного ванадия и других металлов. Предлагаемая технология гидроконверсии тяжелых нефтяных остатков или битума и тяжелой нефти, содержащих большое количество серы, ванадия, никеля асфальто-смолистых веществ осуществляется в аппаратах под давлением водорода 6-8 МПа при температурах 440-460 0С и отвечает самым высоким экономическим
и экологическим требованиям и позволяет произвести фактически от любой нефти до 90
% газа, бензина, авиакеросина и дизельного топлива. При этом решение проблемы энергообеспечения видится в использовании в таких комплексах ядерного энергоисточника на
основе МГР.
Таким образом, главная цель проекта - прорывное развитие и реализация новейших технологий глубокой и комплексной переработки углеводородного сырья, в первую очередь
высоковязких тяжелых нефтяных остатков и природных битумов с использованием ядерных энергоисточников.
Предлагаемый химико-технологический энергетический комплекс включает в себя:
 Блок выработки и передачи энергии на базе МГР;
 Блок производства водорода и его очистки ;
 Блоки добычи и переработки высоковязких нефтей и природного битума и выделения товарных нефтепродуктов.
В связи с необходимостью производства пара на нефтепромысле для подачи в
нагнетательные скважины (пар с температурой 300-350 оС) суммарной мощностью до 600800 МВт, а также компенсации газа, выводимого из баланса стадии гидроконверсии, в состав комплекса предлагается включить производство тепла для печей нагрева битума (до
450 оС) за счет установок выделения тепла -УВТ (метанаторов), работающих в системе
хемотермической передачи тепла от ЯЭУ. В комплексе гидроконверсии передача тепла от
УВТ в процесс нагрева битума может осуществляться с помощью жидкосолевого промежуточного контура.
3. Описание предполагаемых результатов реализации проекта
1
В Проекте предусмотрен многоотраслевой подход, в различных секторах промышленности существуют потребители, на которые ориентируются стратегии применения
МГР в поставках индустриальных энергоносителей.
Реализация Проекта будет способствовать:
-обеспечению энергобезопасности страны;
-снижению доли органических ресурсов сжигаемых для производства энергии;
-обеспечению транспорта экологически чистым водородным топливом;
-увеличению эффективности производства энергии;
-реструктуризации экспортного потенциала в область экспорта энерготехнологий
высокого уровня и синтетических энергоносителей;
-предупреждению глобального изменения климата.
Будет разработан совместный российско-американский проект многоцелевого эффективного и безопасного энергоисточника на основе высокотемпературного модульного
гелиевого реактора (МГР) с последующей его коммерциализацией.
4. Наиболее близкие по тематике проекты в мире, реализующиеся в настоящее
время (не более 5 аналогов)
В настоящее время ведущие мировые державы активно развивают технологии
применения высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов для энергообеспечения
технологических процессов. Развитие технологий ВТГР в США, Китае, Японии, Франции,
Корее являются государственным приоритетом.
Основная направленность работ – использование ВТГР для технологических целей
производства тепла, водорода и производства электроэнергии с высоким КПД для последующей промышленной и переработки углеродсодержащего сырья (тяжелые нефти,
нефтяные остатки, биомасса, природный и попутный газ, уголь и др.)
США. В соответствии с законом «Energy Policy Act of 2005», разрабатывается проект высокотемпературного газоохлаждаемого реактора следующего поколения (проект
NGNP) для демонстрации производства электроэнергии с высоким КПД и производства
водорода из воды.
Работа финансируется из средств Министерства энергетики США (DOE). К
настоящему времени бюджет проекта NGNP составляет 1,5 млрд. долларов США.
Франция. Комиссариат по атомной энергии Франции разработал и реализует
национальную программу создания быстрого газоохлаждаемого реактора (GFR) для производства электроэнергии, и в перспективе для комбинированного производства электричества и водорода. Программа финансируется Правительством Франции в объеме около
35 млн. евро в год.
Европейский Союз. Координационная программа HTR-TN, осуществляемая в
рамках Европейского Союза, охватывает вопросы исследования физики сверхвысокотемпературного реактора (VHTR), безопасности, топливной технологии, топливных циклов,
исследования высокотемпературных компонентов и материалов. В программе участвуют
35 европейских организаций. Ежегодный бюджет программы составляет 20 млн. евро.
Япония. В Японии JAEA (Japan Atomic Energy Agency) с 1998 года эксплуатируется экспериментальный высокотемпературный газоохлаждаемый реактор HTTR мощностью 30 МВт (тепл.) на котором отрабатывается топливо, системы безопасности и пр.
Китай. Китай имеет национальную программу развития атомной энергетики, которая предусматривает в качестве одного из приоритетных направлений развитие высокотемпературных реакторов.
В рамках программы уже реализован проект экспериментального ВТГР HTR-10,
мощностью 10 МВт (тепл.) и намечено в 2013 году завершение строительства демонстрационного блока, а затем строительство дополнительных блоков HRT-PM суммарной электрической мощностью 4-5 ГВт.
2
Южная Корея. С 2005 года Южная Корея ведет разработки высокотемпературного
реактора для производства водорода.
Бюджет корейской программы атомно-водородной энергетики на сегодняшний
день составляет 1 млрд. долларов США.
5. Новизна, описание конкурентных преимуществ результатов
Предлагаемый проект комбинированного химико-технологического энергетического комплекса не имеет аналогов в традиционной технологии и обладает всеми требуемыми преимуществами, достигаемыми за счёт использования энергии высокотемпературного реактора типа МГР-Т для технологических целей и применения наногетерогенной
технологии гидрогенизационной переработки тяжелых высоковязких нефтей и природных
битумов. Это вариант осуществления процесса паровой конверсии природного газа с
использованием на стадии выделения водорода коротко-цикловой адсорбционной очистки с возвратом части отбросной фракции на конверсию. Выполненные предварительные технико-экономические оценки по производству водорода в перспективных процессах с энергоснабжением от МГР-Т показывают, что предлагаемый метод получения водорода вполне конкурентноспособен на достаточно длительную перспективу.
Коммерческими преимуществами комбинированного химико-технологического
энергетического комплекса являются производство высокопотенциального тепла (9501000ºС) с возможностью замещения органического топлива для энергоемких технологических производств: водород, нефтехимия и нефтепереработка, снижение доли органических ресурсов сжигаемых для производства энергии, предупреждение глобального изменения климата и другие.
6. Кто является потенциальным потребителем результатов
Потенциальные потребители: нефтяные компании: нефтеперерабатывающие и
нефтехимические предприятия; химическая промышленность; производство водородного топлива; металлургическая промышленность и др.
7. Где, когда и какой эффект, в т.ч. экономический, ожидается от использования
результатов проекта.
Извлекаемые запасы нефтей малой и средней вязкости в мире оцениваются около
162 млрд. тонн, в том числе в Российской Федерации - 10,8 млрд. тонн, по различным
данным ее остается на 40-45 лет. В то же время в мире имеются колоссальные запасы тяжелых высоковязких нефтей, оцениваемые в 810 млрд. тонн, в том числе на долю стран
СНГ -7,390 млрд. тонн, из них Российская Федерация - 6,236 млрд.тонн. Тяжелые высоковязкие нефти и природный битум по своим физико-химическим свойствам существенно отличаются от обычных нефтей и являются наиболее доступным ванадиевым сырьем
после железных руд. Балансовые запасы ванадийсодержащих нефтей в странах СНГ составляет не менее 5,4 млрд.тонн., геологические запасы оксида ванадия в нефтях при его
содержании 180 г/тонну оцениваются в 1 855 тыс. т., а извлекаемых попутно с нефтью –
около 481 тыс. тонн. В мире отсутствуют технологии, обеспечивающие эффективную
комплексную переработку таких тяжелых, высокосернистых нефтей.
Инновационная технология переработки тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов с использованием ядерных энергоблоков является эффективным направлением. Высокотемпературные модульные гелиевые реактора (МГР) способны обеспечить
тепловой энергией с температурным потенциалом до 1000С промышленные технологические процессы переработки нефти, нефтехимии, газохимии, синтеза аммиака, интенсификации добычи нефти, металлургии, производства синтетического газа и моторного топлива, в том числе из угля, производства водорода для промышленности и транспорта.
Освоение разработанных в России ядерных установок типа МГР-Т (мощностью 200-600
МВт(тепло)) позволит перевести на высокоэффективное энергообеспечение не менее 35–
40% промышленных производств. Так для энергообеспечения предприятий нефтепереработки (27 заводов) требуется около 80 установок типа МГР-Т, для завода с объемом переработки нефти 16 млн.т/год перевод теплоэнергообеспечения на АЭТС с шестью МГР-Т
3
высвобождает 2,4 млн т нефти в год, что даёт возможность нарастить годовой выпуск бензина (0,5 млн т) и дизельного топлива (0,7 млн.т/). Наибольшую перспективу имеют процессы производства водорода паровой конверсией метана в связке с ВТГР типа МГР-Т,
что примерно в 8 раз увеличит выход водорода на единицу тепловой мощности (в сравнении с электролизом) и создаст унифицированную технологическую платформу по привязке ВТГР к энергоемким отраслям промышленности.
Для комбинированного химико-технологического энергетического комплекса
(ядерного нефтехимического комплекса) по переработке тяжелых нефтей и природных
битумов мощностью 5 млн.т по сырью требуемая производительность по водороду составляет около 140 тыс. т в год в варианте полного цикла нефтепереработки. Техникоэкономические оценки по производству водорода в перспективных процессах с тепловой
и электрической энергией от МГР-Т показывают, что предлагаемый метод получения водорода вполне конкурентоспособен на достаточно длительную перспективу. Он, наравне с
методом паровой конверсии метана, сегодня является одним из основных при производстве водорода в больших объемах. Успешное завершение предлагаемого проекта позволит
впервые осуществить комплексную безотходную переработку тяжелой нефти и природного битума с применением наногетерогенного катализатора с
извлечением металлов.
Впервые будет использован на практике ядерный энегоисточник в для обеспечения энергией переработки тяжелых нефтей и природных битумов.
8.
Предполагаемые организации – участники консорциума по профилям:
научные, образовательные, бизнес. Контактная информация руководителей проекта
в каждой организации и общего координатора
Основные разработчики ядерного нефтехимического комплекса глубокой безотходной переработки тяжелых нефтей и приролных битумов с извлечением металлов обеспечит - научно-исследовательские и отраслевые институты, такие как Институт нефтехимического синтеза РАН, Института катализа СО РАН , Институт проблем химической физики РАН, ОАО ВНИПИНефть, ОАО ВНИИНефтемаш, ОАО «ВНИИНМ», РНЦ «Курчатовский институт», ФГУП «НИИ НПО «Луч», ОАО «ГНЦ НИИАР».
Институт нефтехимического синтеза РАН, Института катализа СО РАН , Институт
проблем химической физики РАН, Институт металлургии Уральского отделения РАН,
ОАО ВНИПИНефть и другие отраслевые предприятия разрабатывают технологию и конструкторскую документацию гидрогенизационной переработки тяжелой нефти и природного битума с применением наногетерогенного катализатора и ядерного энергоисточника,
учитывая специфику нового направления исследований и новых видов сырья и энергоресурсов проводят комплексные исследования с целью определения условий подготовки
сырья, прекурсора катализатора, условий осуществления процесса регенерации прекурсора катализатора и извлечения ценных металлов, содержащихся в исходном сырье.
ИПНГ РАН и другие, компетенцией которых являются задачи отработки технологии
керамического топлива для модульных высокотемпературных реакторов, проведения реакторных испытаний и после реакторных исследований, проведения расчетноэкспериментального обоснования физики реактора и разработки расчетных кодов.
Опытно-конструкторские бюро и проектные институты, в том числе: ОАО «ОКБМ
Африкантов» - для разработки конструкции реакторной установки и входящих в нее систем оборудования; ОАО «ВНИПИнефть» и ОАО «ВНИИНефтемаш» - для разработки
оборудования нефте-химмического комплекса и его проектирования;
9. Описание вклада каждой организации в итоговый результат.
ИНХС РАН , ИПФХ РАН, Имет УрО РАН – разработчики научных основ технологии гидрогенизационной переработки тяжелых нефтей и природного битума с извлечением металлов и с применением наногетерогенных катализаторов.
Института катализа СО РАН разработчик технологии производства и выделения
товарных продуктов.
4
ОАО ВНИПИНефть, ОАО ВНИИНефтемаш и другие отраслевые предприятия, разработчики проектно-сметной и конструкторской документации технологических процессов, входящих в состав комбинированного химико-технологического энергетического
комплекса.
Российский научный центр «Курчатовский институт» (РНЦ КИ) - научный руководитель программы разработок реакторных и водородных технологий;
ОАО «Опытное конструкторское бюро машинострения им. И.И.Африкантова»
(ОАО «ОКБМ Африкантов») - главный конструктор и комплектный поставщик реакторной установки для энергоисточника с МГР;
ОАО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов им. А.А. Бочвара» (ОАО ВНИИНМ) - главный конструктор-технолог по
разработке высокотемпературного топлива;
ОАО "Государственный научный центр Российской Федерации научноисследовательский институт атомных реакторов" (ОАО «ГНЦ НИИАР») - организация,
ответственная за реакторные испытания и послереакторные исследования топлива и конструкционных материалов;
ФГУП научно-исследовательский институт научно-производственное объединение
“ЛУЧ”, (НПО «ЛУЧ») - организация, ответственная за отработку технологии нанесения
покрытий на топливные частицы и компактирования;
ЗАО «Технографит» - организация, ответственная за разработку реакторного графита и УУКМ (углерод-углеродные композиционные материалы).
ОАО «СНТК» и ОАО «Сатурн» - разработчики и поставщики компонентов систем
преобразования энергии.
10. Преимущества от участия иностранных организаций
Объединение усилий при совместной разработке проекта ядерной установки нового поколения на основе ВТГР позволит снизить общие затраты, время и риски разработки
и сооружения пилотных установок с ВТГР.
11. Потенциальные иностранные участники проекта, которые могли бы внести
существенный вклад в итоговый результат (Существующие, потенциальные или
желаемые иностранные партнеры).
Chevгon Lummus Global LLс (США); «Дженерал Атомикс» (США); AREVA (Франция); ORNL (США); ALSTOM Power Turbo-Systems (Франция); SIEMENS(Германия);
NUKEM Technologies (Германия);
12. Краткая предыстория формирования проекта
Основа для двухстороннего сотрудничества по ВТГР была заложена около 15 лет
тому назад подписанием Соглашения о разработке на паритетной основе концептуального
проекта модульного гелиевого реактора с газовой турбиной (ГТ-МГР) между Минатомом
России и фирмой General Atomics (США) и впоследствии фирмами Фраматом (Франция) и
Фуджи Электрик (Япония). Финансирование проекта осуществлялось Минатомом и частными фирмами (General Atomics, Фраматом, Фуджи Электрик) на паритетной основе.
Начиная с 1999 года работы по разработке этого проекта ведутся в рамках межправительственного соглашения между Россией и США по утилизации избыточного оружейного плутония.
Начало двухстороннего сотрудничества по созданию интегрированной технологии комплексной переработки тяжелых нефтей заложено техническим соглашением от
26.10 2010 г между Chevгon Lummus Global LLс (США) и ИНХС РАН.
13. Предварительный план подготовки и реализации проекта (основные вехи) по
каждой организации, включая координационные мероприятия
1) Разработка технологий гидрогенизационной переработки тяжелых нефтей и природного
битума с извлечением металлов и с применением наногетерогенных катализаторов с использованием ядерного энергоисточника, технологии высокотемпературных гелиевых
5
реакторов, топлива, системы преобразования энергии и транспорта тепла, компонентов и
систем производства водорода и его использования- 2011- 2018 г.г.
2) Создание промышленного производства высококачественного высокотемпературного
ядерного топлива на основе инновационной элементной базы (микротопливных частиц), а
также инфраструктуры обращения с топливом и РАО на этапах ядерного топливного цикла - до 2019г.;
3) Создание демонстрационного (опытно-промышленного) комбинированного химикотехнологического энергетического комплекса на базе технологий нового поколения добычи и переработки тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов с применением
высокотемпературных модульных газоохлаждаемых атомных реакторов
– до 2022г.;
4) Строительство головного комбинированного химико-технологического энергетического комплекса на базе технологий нового поколения добычи и переработки тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов с применением высокотемпературных модульных
газоохлаждаемых атомных реакторов и коммерческих атомно-энерготехнологических
комплексов и развитие водородной инфраструктуры
– 2025г. и далее.
14.
Объем финансирования (существующий и необходимый), включая
предполагаемые источники и объемы софинансирования
Проект расчитан на 15 лет.
Общий объем средств для создания комбинированного химико-технологического
энергетического комплекса на базе технологий нового поколения добычи и переработки
тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов мощностью 5 млн.т/год с применением высокотемпературных модульных газоохлаждаемых атомных реакторов составляет
37, 205 млрд.руб, в том числе на научно-исследовательские и опытно конструкторские работы 2,205 млрд. руб, капитальные вложения 35 млрд. руб.
Общий размер средств, необходимых для создания ядерного энергоисточника на
основе МГР ориентировочно составляет 32 млрд. рублей, из них - 15 млрд. рублей на
научно-исследовательские и опытно конструкторские работы, 17 млрд. рублей на капитальные вложения.
Руководитель участника размещения заказа
(уполномоченный представитель)
_____________________ (Хаджиев С.Н.)
6