Китайская углехимия показывает пример для России

Китай стал единственной крупной экономикой, которая постоянно инвестирует значительные средства в крупномасштабные углехимические предприятия, говорится в докладе Оксфордского института энергетических исследований. Контрольные цифры доклада показывают, что Россия с ее огромными угольными запасами может повторить успех Китая.

Материал подготовлен Институтом развития технологий ТЭК.

Китай в значительной степени зависит от угля для производства электроэнергии и обеспечения теплом, и в настоящее время на долю угля приходится более половины потребления первичной энергии в стране. Одновременно, в отличие от остального мира, Китай также все чаще использует уголь в качестве сырья для производства химической продукции. В 2020 году углехимическая промышленность Китая перерабатывала почти четверть общенационального объема добычи угля. 

Вступление Китая во Всемирную торговую организацию в 2001 году привело к впечатляющему экономическому буму в стране. Доля Китая на мировом рынке химической продукции возросла с 6% в начале нового тысячелетия до 44% в 2022 году. Китай стал единственной крупной экономикой, которая постоянно инвестирует значительные средства как в угольную промышленность, так и в производство парфюмерии, научно-исследовательские и новые крупномасштабные углехимические предприятия.

В Китае углехимическая промышленность, как правило, делится на две категории: традиционные и современные угольные химикаты (см. рисунок 1).

Рисунок 1: Упрощенная технологическая схема углехимической промышленности Китая

Традиционная углехимическая промышленность в основном состоит из производства кокса, аммиака и мочевины из угля, а также поливинилхлорида (ПВХ) с использованием карбида кальция (CaC2). 

Современная углехимическая промышленность обычно начинается с крупномасштабной газификации угля с получением синтез-газа. Затем синтез-газ используется для подачи водорода при гидрировании угля и синтезе жидких топлив, включая непрямое превращение угля в жидкость (CTL). 

Типичные современные угольные химикаты включают в себя, но не обязательно ограничиваются ими:

• CTL;

• Преобразование угля в газ (CTG);

• Превращение угля в олефины (CTO): процесс всегда начинается с синтеза метанола, который получают из синтез-газа, получаемого при газификации угля, поскольку метанол является сырьем для превращения метанола в олефины (MTO);

• Превращение угля в этиленгликоль (CtEG);

• Превращение угля в ароматические углеводороды (CTA).

Объем производства кокса в Китае в 1949 году составлял всего 0,54 млн тонн. В 2023 году объем производства кокса в Китае достиг 492,6 млн тонн, что составляет почти 70% от общемирового объема. Многие другие традиционные угольные химикаты, включая синтетический аммиак и карбид кальция, также занимают первое место в мире.

Рисунок 2: Производственные мощности отдельных современных углехимических компаний в Китае в 13-й пятилетке

По данным Китайской ассоциации по переработке и утилизации угля, в 2021 году мощность CTL в Китае достигла 9,31 млн тонн в год при фактическом производстве 7,96 млн тонн в год. Достигнутая мощность CTG достигла 6,125 млрд кубометров в год при фактическом производстве 4,629 млрд кубометров. Мощность CTО достигла 16,72 млн тонн в год при фактическом производстве 15,75 млн тонн. Мощность CtEG достигла 6,75 млн тонн в год при фактическом объеме производства в 3,23 млн тонн. 

Масштабы базовой углехимии велики по объему, но сравнительно скромные по доле в экономике. В 2020 году работало 10 заводов по производству CTL и годовой объем производства CTL в том же году достиг 9,63 млн тонн, при этом на его долю приходится не более 1,5% национального потребления нефти в Китае. Объем производства CTG в 2020 году достиг 4,7 млрд кубометров, что составляет чуть менее 1,5% национального потребления газа в Китае. 

В то же время объем производства CTO в 2020 году достиг 15,39 млн тонн. Если взять полиэтилен в качестве примера, то на процесс CTO/MTO приходится примерно пятая часть национальных производственных мощностей. Для сравнения, объем производства CtEG в 2020 году достиг 2,35 млн тонн, и на его долю приходится около 15% национального потребления EG (см. рисунок 2).

Глубокой переработке угля правительство Китая уделяет особое внимание. В сентябре 2021 года в городе Юйлинь председатель КНР Си Цзиньпин сделал следующее заявление:

— Углехимическая промышленность обладает большим потенциалом и является очень перспективной, [отрасль должна] повышать комплексную энергоэффективность использования угля в качестве химического сырья, способствовать развитию высокотехнологичных, диверсифицированных и низкоуглеродных производств, рассматривать технологические инновации как наиболее актуальную задачу, ускорять внедрение ключевых технологий, активно разрабатывать специальные виды топлива на основе угля, а также биоразлагаемые материалы на основе угля и т.д.

По данным Китайской национальной угольной ассоциации (CNCA), в 2025 году производственные мощности CTL, CTG, CTO и CtEG должны составить, соответственно, 12 млн тонн в год, 15 млрд кубометров в год, 15 млн тонн в год и 8 млн тонн в год соответственно. В целом, ожидается, что современная углехимическая промышленность будет играть более заметную роль в производстве химических продуктов.

Институт нефтяного и химического планирования рекомендовал к 2025 году перерабатывать в углехимии 200 млн тонн угля в год. При этом около трех четвертей углехимических мощностей в Китае принадлежит государственным предприятиям.

Уголь также служит основным сырьем для получения водорода. Китай является крупнейшим производителем и потребителем водорода в мире, и в 2020 году национальное производство водорода достигло 34,1 млн тонн (при мировом производстве порядка 75 млн тонн). В отличие от всех других стран, в производстве водорода в Китае преобладает уголь, на долю которого в 2020 году приходилось 72% национального производства, за которым следуют производство 14% из природного газа и 10% из нефти. Около 4% приходится на электролиз, включая хлорщелочное побочное производство и электролиз воды.

Себестоимости производства черного водорода, получаемого из угля, может составлять менее 10 юаней/кг. Для сравнения, в зависимости от уровня цен на электроэнергию (например, долина, уступ или пик) и типов электролизеров (например, щелочных или с протонообменной мембраной), удельные затраты на производство возобновляемого водорода оцениваются в диапазоне от 24,04 до 70,47 юаней/кг. Показатель процесса парового риформинга метана колеблется от 22,07 до 41,71 юаней/кг.

Углехимическая промышленность усугубила проблемы, связанные с нехваткой воды в Китае и ее загрязнением: производство углехимической продукции часто включает в себя процессы, требующие большого количества воды и сопровождающиеся значительным сбросом сточных вод. Средняя интенсивность водопотребления единичного продукта угольной химической промышленности составляет 22 т/т для CTO, 12-16 т/т для аммиака и 13 т/т для CTM. Образующиеся в результате сточные воды обычно содержат фенолы, аммиак, азотистые гетероциклические вещества (NHC), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), длинноцепочечные углеводороды и цианиды. Большинство новых углехимических проектов, которые в настоящее время строятся или находятся в стадии строительства в Китае, используют схему нулевого сброса сточных вод. До сих пор ни один из этих проектов не был реализован. 

Экономика современных китайских углехимических проектов чувствительна как к внутренним ценам на уголь, так и к мировым ценам на нефть. В соответствии с таблицей 3 безубыточная цена на нефть марки Brent для проектов CTL составляет от 55 до 65 долларов за баррель. Когда мировые цены на нефть превышают 50, 55 и 60 долларов за баррель соответственно, проекты CTO, CtEG и CTA становятся экономически конкурентоспособными.

Когда цена угля на устье шахты составляет менее 200 юаней за тонну, себестоимость добычи в проектах CTG сопоставима с импортом трубопроводного газа из Центральной Азии. Когда цена на уголь в устье шахты ниже 370 юаней за тонну, проекты CTG во внутреннем Китае смогут конкурировать с импортом СПГ в прибрежных провинциях

Таблица 3. Экономическая конкурентоспособность углехимикатов при различных предположениях о международных ценах на нефть

Примечание. Coal tar hydrogeneration – гидрирование каменноугольной смолы с получением мазута.

***

Комментарий ИРТТЭК. Цифры оксфордского доклада наглядно показывают перспективы построения углехимических мощностей в России на месте крупных месторождений вместо примитивного экспорта угля по железной дороге к углехимическим предприятиям Китая. Этот вопрос тем более актуален, что добыча угля в Китае испытывает колоссальные проблемы.

Большая часть угля в Китае добывается в подземных шахтах, причем стоимость добычи увеличивается с глубиной. Говорят, что средняя глубина китайских подземных угольных шахт увеличивается на 10-25 метров в год. По крайней мере, половина запасов угля в Китае была уже добыта.

Около 80% запасов угля на глубине шахты меньше 600 метров уже добыты, и 60% угля на глубине от 600 до 1000 метров. Остальная часть первоначальных запасов угля в Китае находится гораздо глубже, и поэтому добыча будет более дорогой.

При нынешних мировых ценах на нефть Россия может сохранить лидерство в экспорте жидких углеводородов, все большая часть которых может производиться из дешевого угля при все более растущей себестоимости добычи нефти в арктической зоне.