Бизнес-план создания комплексного завода по производству технического углерода и водорода

Цель и задачи проекта

Целью инвестиционного обоснования является создание в РФ нового эффективного производства технического углерода (сажи) в коммерческих целях и газообразного водорода по новой экологически безопасной и более дешевой технологии глубокого пиролиза природного газа с последующим ожижением водорода с целью обеспечения испытаний кислородно-водородных ЖРД по программе “Ангара”.

Основные задачи проекта

• Создание нового производства технического углерода (сажи) в коммерческих целях
• Разработка и внедрение новой экологически безопасной и более дешевой технологии глубокого пиролиза природного газа
• Ожижение водорода с целью обеспечения испытаний кислородно-водородных ЖРД по программе “Ангара”

Возможности проекта

Показатель	Значение
Капитальные затраты	уменьшение на 30%
Стоимость производства технического углерода (сажи)	уменьшение на 25%
Объем производства газообразного водорода	увеличение на 50%

Организационная структура проекта

Строительство осуществляет генподрядная организация “Спецстрой”, совместно с НИИХИММАШ, выполняющим функции заказчика.

ЗАО «Синплаз» занимается разработкой инновационной технологической процесса, предоставляя услуги по авторскому надзору за его разработкой и реализацией. Компания также отвечает за поставку технологического оборудования и контроль за монтажом и пуско-наладочными работами.

АО «Ипромашпром» выполняет генеральное проектирование комплексного проекта и обеспечивает авторский надзор за строительством.

Основные технико-экономические характеристики:

• Годовая производственная мощность проектируемого комплекса:
• Технический углерод — 13000 тонн в год (1,7 т в час)
• Водород газообразный — 16 миллионов кубических метров в год (2000 кубических метров в час)
• Основные капитальные расходы на 01.04.96 составляют 177 000 млн рублей, включая:
• Стоимость строительства новых объектов (инвестиционные вложения) — 75 000 млн рублей
• Стоимость оборудования — 37 000 млн рублей
• Балансовая стоимость собственных средств НИИХИММАШ для размещения производства технического углерода — 2000 млн рублей
• Предпроизводственные расходы (стоимость лицензии на создание производства) — 100 млн рублей
• Строительство завода планируется завершить в течение двух лет, с реализацией в две очереди:
• 1-я очередь: строительство объектов по производству технического углерода, срок — 1 год
• 2-я очередь: строительство объектов по производству газообразного водорода (срок — 2 года, параллельно 1-й очереди)
• Срок окупаемости капитальных затрат составляет 3,8 года с момента начала строительства. Финансирование осуществляется в виде целевого кредита с учетом инфляции — 148 331 млн рублей.

Общие сведения:

• Название предприятия:НИИХИММАШ
• Правовая форма: государственное предприятие
• Наименование проекта: «Создание комплекса по производству водорода и технического углерода путем пиролиза природного газа»
• Сумма инвестиционных затрат: 177 000 млн рублей в фиксированных ценах, включая:
• Сумма собственных средств: 2000 млн рублей
• Стоимость лицензии на производство: 100 000 млн рублей
• Форма участия инвестора в кредитном проекте определяется при рассмотрении «Инвестиционного обоснования»

Оценка рынка:

• Цена природного газа как сырья: 269,9 рубля за кубический метр
• Цена реализации продукта:
• Водород — 4500 рублей за кубический метр
• Технический углерод — 7,5 млн рублей за тонну
• Объем сбыта:
• Водород — 16 миллионов кубических метров в год (73000 млн рублей в стоимостном выражении)
• Технический углерод — 13000 тонн в год (97500 млн рублей в стоимостном выражении)

Возможности производства:

• Стоимость вновь вводимых основных средств: 75 000 млн рублей
• Общее количество работающих: 71 человек, включая:
• Рабочих — 55 человек
• Служащих — 10 человек
• Инженеров и технических работников (ИТР) — 6 человек

Финансовые показатели (см. раздел 8):

1. Краткая характеристика предприятия, представляющего проект:

2.1. Правовая форма предприятия: научно-исследовательский институт химического машиностроения (НИИХИММАШ) является государственным предприятием, находящимся в собственности Федерального агентства.

2.2. Производственная характеристика института химического машиностроения: в настоящее время НИИХИММАШ занимается:
— Испытанием и поставкой заказчикам жидкостных ракетных двигателей различной тяги
— Изготовлением продукции для медицинской промышленности

2.3. Структура основных фондов: основные фонды Института химического машиностроения включают:
— Производственные мощности для испытаний изделий ракетной техники
— Кислородный и водородный заводы
— Производства медицинской техники

2.4. Основание для реализации проекта: приказ Госкомоборонпрома № 820 от 18.09.96 по программе «Ангара».

Технология, предложенная АО «ГИАП», по каталитической конверсии природного газа в водород, имеет ряд недостатков. На производство 1000 кубических метров газообразного водорода потребуется 400 кубических метров природного газа, 160 кВт электроэнергии и 200 кубических метров кислорода. Капитальные затраты на внедрение этой технологии оцениваются более чем в 60-70 миллиардов рублей или около 15,5 миллионов долларов США (без учета расходов на сжижение водорода). Однако, этот процесс не компенсирует свои капитальные затраты, поскольку единственным продуктом является газообразный водород.

Технология глубокого пиролиза природного газа для получения технического углерода позволяет производить водород в качестве побочного продукта синтеза. Удельные энергетические затраты на производство одного кубического метра водорода могут составлять менее 1 кВт*час. Получаемый технический углерод имеет высокую чистоту (99,9% по весу) и используется во многих отраслях промышленности, таких как производство источников тока, электротехническая и кабельная промышленность, производство лаков и красок, σύνθεση композитных материалов и другие.

Технический углерод представляет собой твердый гранулированный продукт высокой чистоты (не менее 99% по весу), с большой удельной поверхностью (более 120 квадратных метров на грамм), что обеспечивает его высокую дисперсность.

Уникальность данного проекта заключается в том, что технология производства водорода и технического углерода не имеет аналогов. Кроме того, этот процесс экологически чистый: твердые отходы и жидкие стоки отсутствуют. Газовые выбросы являются результатом сжигания смеси кислорода, водорода и азота в котельной, что приводит к снижению выбросов оксидов азота в 2-3 раза по сравнению с сжиганием природного газа. Суммарные выбросы оксидов азота не превышают 50 мг/м³.

Правительство России приняло решение о создании космического ракетного комплекса «Ангара», и Ινστιτούτο им. Химического машиностроения г. Сергиев Посад был включен в перечень основных исполнителей работ по созданию этого комплекса. Технологическая база института, обеспеченность водородным комплексом, сырьем и квалифицированными специалистами позволяют проводить испытания различных компонентов ракеты-носителя «Ангара», включая кислородно-водородные двигатели, баки для кислорода и горючего, блоки второй ступени и разгонные блоки. Кроме того, институт может поставлять жидкий водород на космодром Плесецк для эксплуатации космического ракетного комплекса.

Таким образом, проект по созданию универсальной ракетно-космической системы «Энергия», включающей в себя использование технического углерода и водорода, имеет потенциал для успешной реализации с учетом существующей технической базы и ресурсов.

Одно из основных предположений при проектировании ракетного комплекса «Ангара» заключается в том, что комплекс должен быть российским, поэтому его создание и эксплуатация должны осуществляться с учетом российских предприятий.

Жидкий водород является относительно дорогим продуктом. Цена водорода, производимого в США из природного газа для использования в многоразовых космических кораблях «Space Shattle», составляет около 3000 долларов за тонну.

Таким образом, важной задачей при создании космического ракетного комплекса «Ангара» является разработка технологий и освоение производства относительно дешевого водорода. Одним из наиболее перспективных методов получения дешевого газообразного водорода является глубокий пиролиз природного газа с получением технического углерода.

Учитывая, что затраты на производство газообразного водорода как побочного продукта будут учитываться при стоимости технического углерода, то в цену газообразного водорода, используемого в качестве ракетного топлива, будут включены только расходы на переработку и очистку газообразного водорода.

Это позволяет производить газообразный водород стоимостью около 2500 рублей за кубический метр и обеспечивать относительно недорогим жидким водородом программу создания и эксплуатации космического ракетного комплекса «Ангара». Финансирование работ по созданию в НИИ Химического Машиностроения комплекса по получению технического углерода от водорода предусматривается в рамках «Государственной программы конверсии оборонной промышленности на 1995-1997 годы с привлечением коммерческих кредитов».

Основным продуктом, полученным при глубоком пиролизе природного газа, является технический углерод, который будет использоваться в различных отраслях промышленности. В сравнении с традиционной технологией получения водорода из природного газа, рассматриваемая технология имеет следующие преимущества:

• себестоимость водорода, получаемого пиролизом природного газа, в 4-5 раз ниже себестоимости водорода, полученного электролизом воды, и в два раза ниже себестоимости водорода, полученного паровой конверсией природного газа;
• использование не дефицитного сырья — природного газа;
• отсутствие экологически опасных твердых, жидких и газообразных продуктов.

Четыре основных фактора, способствующих реализации данного проекта:

4.2.1 Внешние факторы:

• наличие внешнего рынка потребителей технического углерода высокого качества;
• дефицит технического углерода высокого качества и низкая цена.

4.2.2 Внутренние факторы:

НИИ Химического Машиностроения обладает следующими преимуществами:

• производственными мощностями, которые могут быть использованы для строительства комплекса по получению водорода и технического углерода, удаленными на безопасное расстояние от жилых районов, с наличием строительной базы;
• службами эксплуатации пожаро-взрывоопасных производств;
• основными фондами, которые можно использовать для создания комплекса по получению водорода и технического углерода;
• транспортными коммуникациями для вывоза технического углерода потребителю;
• комплексом по сжижению газообразного водорода;
• испытательной базой;
• инфраструктурой, обеспечивающей производство водорода и технического углерода, природным газом, электричеством и т. д.

Все это создает благоприятные условия для строительства в НИИ Химического Машиностроения производства водорода и технического углерода по прогрессивной технологии на основе плазмохимического пиролиза природного газа.

4.3 Техническая сущность проекта:

В космическом ракетном комплексе «Ангара» планируется использовать жидкий водород в качестве топлива. Ориентировочный объем потребления водорода по годам для создания и эксплуатации КРК «Ангара» представлен на рисунке ниже.

Для сжижения, хранения и выдачи (при необходимости) водорода планируется использовать существующий завод по ожижению водорода мощностью 900 т/год и существующую систему хранения и выдачи жидкого водорода. Производительность проектируемой установки по газообразному водороду составляет 2000 куб. м в час, что является оптимальным условием для обеспечения работоспособности отделений сжижения и ожиżenia существующего водородного производства.

Экспорт

Предполагается экспорт в виде продажи лицензии на производство особо чистого технического углерода, экспорт самого технического углерода и создание совместных предприятий.

Размещение производства

Производства водорода и технического углерода планируется разместить на промышленной территории НИИ Химического Машиностроения в Сергиевом Посаде, Московской области, на площадке рядом с экспериментальным производством в районе воздухозаборавнительной системы ХСГ.

Расстояние от водородного производства до объекта приблизительно 500 метров, до котельной — 150 метров.

В этом месте имеется развитая инфраструктура: системы теплоснабжения и электроснабжения, транспортная система, здания и сооружения для размещения строительной и монтажной организаций, системы обеспечения промышленной водой и т. д.

Экологическая оценка

Предлагаемый проект получения водорода и технического углерода не приводит к образованию твердых отходов и жидких стоков. Газовые выбросы являются продуктами сжигания СО и Н2 в котельной. При сжигании этой смеси выбросы оксидов азота уменьшаются в 2-3 раза по сравнению с сжиганием природного газа.

Риски проекта на разных стадиях и меры их снижения

На стадии подготовки проекта риск минимален, но существует вероятность переноса площадки под строительство, что потребует корректировки плана.

На стадии функционирования может произойти снижение платежеспособного спроса на один из видов продукции: технический углерод или водород.

Стратегия продвижения товаров на рынок представлена в разделе «Маркетинг».

Гибкость ценовой политики обеспечивается более низкой себестоимостью продукции по сравнению с конкурентами. Трудности с сырьем и подбором персонала практически исключены. График работ при условии запрашиваемого финансирования выполним.

Возможный риск — небольшая задержка ввода комплекса в эксплуатацию (1-2 месяца). Для оценки риска, исходя из рыночной конъюнктуры, в финансово-экономической части представлен анализ эластичности предприятия, включающий расчеты эффективности производства при изменении цен на реализуемую продукцию и потребляемое сырье при различных сочетаниях.

Результаты показывают устойчивое финансовое положение предприятия даже при изменении рыночной конъюнктуры.

Производственный процесс

Наиболее эффективным способом получения водорода из природного газа (метана) является его полный пиролиз до углерода и водорода, так как это позволяет достичь максимального использования потенциала этого невозобновляемого сырья.

Комплекс состоит из четырех отделений:

1. Отделение подготовки технических газов и сырья
2. Отделение пиролиза
3. Отделение концентрирования, выделения, грануляции и упаковки технического углерода
4. Отделение выделения, сжижения и очистки водорода

Полученный товарный водород особой чистоты (99,999 %) транспортируется по трубопроводу на существующую установку ожижения.

Готовый гранулированный технический углерод разливается в специальную упаковку (биг-бэги) весом 0,8 т и хранится либо в расфасовочном бункере, либо на складе для хранения готовой продукции.

5.1. Отделение подготовки технологических газов и сырья

Для нагрева сырья (природного газа) перед пиролизом используется воздух как окислитель и природный газ. Перед сжиганием в реакторе воздух предварительно нагревается до температуры 600-650 градусов, а природный газ — до 400 градусов. Природный газ, используемый в качестве сырья для пиролиза, также подогревается до 400 градусов. Для этого воздух под давлением 0,16 МПа пропускается через нагревательный котел, где происходит его предварительное нагревание.