N-09-TIPS RAS-1Паспорт совместного российско-американского проектаНазвание 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). 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 600-800 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.^ Описание предполагаемых результатов реализации проекта 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.^ 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. ^ 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.^ 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 (950-1000ºС) 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.^ Кто является потенциальным потребителем результатов Потенциальные потребители: нефтяные компании: нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприятия; химическая промышленность; производство водородного топлива; металлургическая промышленность и др.^ 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 1000С 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 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. Технико-экономические 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. 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 расчетно-экспериментального 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;^ 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. 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 научно-исследовательский 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.^ 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.^ 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);^ 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. ^ 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 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 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 – 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. ^ 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.)