Угольная промышленность
Угольная промышленность в балансе
энергоэффективности Украины.
Государство достаточно либерально относится к
экологическим проблемам, которые возникают в результате добычи и использования
угля. В итоге — растущие терриконы, золоотвалы, расширяющиеся шламоотстойники;
проблемы с водным бассейном, отравление грунтовых вод; недостаточная или вовсе
отсутствующая очистка уходящих газов при сжигании. На повестки дня всё больше
подобных вопросов возникает в сфере угольной промышленности Украины. Поэтому
предлагается обратить свой взор на проблемы данной отрасли в России, где
постепенно будут решены проблемы энергоэффективности и повышения
энергосбережения в угольнлй отрасли, а также улучшения ситуации в экологии. Для
решения первоочередных задач в угольной промышленности Украины взять за основу
уже разработанную в России программу, которая может дать новый импульс в
развитие угольной промышленности Украины - метапроект .
Инновационное развитие угольной отрасли
Можно полностью согласиться
с мнением губернатора Кемеровской области (Россия) Амана Тулеева, что при
освоении новых крупных месторождений угля помимо обогатительных фабрик нужно
закладывать предприятия по глубокой переработке угля (имеется в виду
производство элементов углехимии) и тепловые станции для выработки
электроэнергии на месте добычи угля.
Научно-исследовательскими и
проектными организациями России разработаны и в опытных условиях опробованы
технологии, реализация которых в промышленных условиях обеспечит кратное (до
10—15 раз) увеличение потребительской стоимости горючих ископаемых за счет их
комплексного использования; производство продукции с новыми потребительскими
свойствами, а также нетопливного назначения; утилизацию отходов угольного
производства.
В условиях существенных инвестиционных
ограничений для дальнейшего технологического развития Россия вынуждена
обратиться к разработке метапроекта по комплексному использованию горючих
ископаемых. Метапроект — это система мероприятий по разработке, апробации и
внедрению комплекса взаимосвязанных технологий и продуктов. В метапроекте
устанавливаются связи между отдельными проектами, через достижение
согласованных целей отдельных проектов происходит достижение и цели
метапроекта. При этом целевую и коммерческую стоимость имеет как система в
целом, так и отдельные проекты.
Идея метапроекта не нова — и
у нас, и за рубежом создавались отрасли, новые производства, новые поколения
техники. Но именно на данном этапе развития метапроект приобретает черты одного
из механизмов социально-экономического развития.
Существенной особенностью
метапроекта является консолидация в нем исследований, касающихся многих
отраслей науки и техники, что позволяет им развиваться системно и
сбалансированно. Для метапроекта характерна направленность на развитие новейших
технологий. Метапроект должен послужить основой выпуска конкурентоспособной
продукции.
Еще одной существенной
особенностью метапроекта является нацеленность в будущее. Полученные результаты
должны иметь долговременное непреходящее значение и служить базой для
дальнейшего развития успеха, приводить к качественным позитивным изменениям в
обществе. В метапроекте должны присутствовать и серьезные фундаментальные и
прикладные исследования, и коммерческая составляющая. Результаты
фундаментальных исследований, полученные иногда после долгих лет работы, могут
играть определяющую роль в жизни общества многие десятилетия спустя.
Важнейшим аспектом проекта
является его инновационная направленность, позволяющая сформировать госзаказ
для высокотехнологичных отраслей научно-промышленного комплекса, включая
машиностроение, ядерную энергетику, электронику и другие.
При использовании
углехимических газогенераторов побочные продукты могут быть доведены до уровня
коммерческих и использоваться для решения иных задач (строительство жилья,
обеспечение теплом и электроэнергией).
Предлагаемый метапроект
имеет важнейшее значение для технологического замыкания системы национальных
задач. Он обеспечит возможность реализации проекта «Доступное жилье» для
малонаселенных и удаленных поселков (в энергообеспечении и использовании
продуктов переработки угля в качестве строительных материалов). Проект снизит
остроту напряженности, вызванной повышением цен на продукты питания, за счет
применения гуминовых удобрений, повышающих урожайность на 10—35%. Появится
возможность создания альтернативных технологий получения моторного топлива и
продуктов органического синтеза. Расширится сырьевая база для получения ряда
цветных и редкоземельных металлов. Ускорится решение проблем дорожного строительства
и снижения затрат при создании объектов гидроэнергетики.
Развитие углехимии позволяет
газифицировать малые города и поселки без необходимости подключения к
магистральным газопроводам за счет создания энергетических гибридных
комплексов, в состав которых входит углехимическая газогенераторная установка.
Предложения проекта являются одним из немногочисленных возможных решений,
способных повысить качество жизни населения малых городов Украины.
В конце 20-х — начале 30-х
годов ХХ в. угли Подмосковного бассейна испытывались в опытном и промышленном
масштабе для получения жидких продуктов и газа. Было доказано, что при пиролизе
угля может быть получено 10—12% жидких продуктов и 15—20% газа, а методом
газификации с применением парокислородного дутья — энергетический и бытовой
газ, что было использовано для организации в 50-х годах производства газа на
Щекинском химическом комбинате с использованием репарационного оборудования.
Это производство было прекращено по экономическим причинам с поступлением в
регион природного газа.
В последние же годы
наблюдается сокращение ресурсов нефтяного и газового сырья, поэтому газификация
твердых горючих ископаемых вновь представляется целесообразной. К примеру, в
США запланировано с помощью такого метода получать 220—250 млрд м3 газа, что
составляет около 25% потребности в энергетических и технологических газах. В
Чехии работает завод по газификации 7 млн т бурого угля в год.
Наряду с газификацией
удаленных малых городов и сельских поселений, в рамках метапроекта будут
созданы условия для коммерческой реализации новых технологий.
Углехимия
Понятие углехи́мии охватывает
несколько взаимосвязанных значений:
- раздел химии, изучающий
происхождение, состав, свойства твёрдых горючих
ископаемых: сланцев, торфа, углей,
а также химизм превращений при их переработке в полезные продукты и
сырьевые материалы;
- раздел химической
технологии, описывающий технологические процессы, применяемые в
промышленности при переработке тыёрдых горючих ископаемых — коксование, газификация, гидрогенизация
(«ожижение») и др.;
- подотрасль химической
промышленности, охватывающая производство органических и
неорганических продуктов с использованием в качестве сырья твёрдых горючих
ископаемых.
Направления
углехимии
Коксохимия занимается переработкой каменных углей и сланцев
методами коксования и
полукоксования с целью получения кокса и других продуктов. Собственно
химические продукты извлекают из летучих продуктов коксования: коксового газа, надсмольной
воды и каменноугольной
смолы, для чего их охлаждают до 25-35 °C, при этом большая часть
смол и водорастворимых соединений выделяется из газа и накапливаются в органической
и водной фазах. Путём последовательной промывки коксового газа из него
выделяются: NH3, H2S, сырой бензол и пиридиновые
основания. Каменноугольную смолу методом ректификации
подвергают разделению на фракции: нафталиновую, поглотительную, антраценовую и
каменноугольный пёк. Из них, в свою очередь, кристаллизацией,
фильтрованием,
прессованием и
химической очисткой выделяют: нафталин, антрацен, фенантрен, фенолы и
каменноугольные масла. Из надсмольной воды ректификацией выделяют: NH3
(в виде концентрированной аммиачной воды), фенолы, пиридиновые основания.
С помощью газификации
органическая часть твёрдых горючих ископаемых превращается в горючие т. н.
генераторные газы. В ходе процесса часть топлива сгорает, а за счёт
выделившегося при этом тепла протекают требуемые для газификации
эндотермические процессы. В отличие от коксования в процессе газификации в газ
преобразуется до 80 % горючих компонентов. Сам процесс менее требователен
к составу и качеству исходного топлива (содаржанию в нём балласта). Полученные
в ходе газификации генераторные газы (синтез-газ, водяной газ, смешанный газ)
используются в качестве топлива, а после очистки от H2S, CS2,
CO2) — как источник водорода в производстве аммиака, смесь реагентов
в производстве метанола и жидких
углеводородов (синтез
Фишера-Тропша) и др. Проводились опыты по подземной газификации
углей, добыча которых по различным причинам экономически не выгодна.
Прямая гидрогенизация
угля является перспективным методом получения углеводородов. В
настоящее время известно несколько освоенных промышленностью способов:
- процесс Бергиуса — некаталитическая прямая
гидрогенизация;
- процесс Шрёдера — гидрогенизация угля в смеси с
1 % масс. молибденового катализатора, в состав реакционной смеси
входят: смесь жидких углеводородов — т. н. «нафта», ограниченные
количества углеводородных газов C3-C4, лёгкого
жидкого топлива C5-C10, NH3, значительные
количества CO2.
В настоящее время себестоимость полученных
таким способом углеводородов превышает аналогичные показатели при их
производстве из нефти. Однако с истощением запасов нефти и ростом её стоимости,
а также с учётом значительности запасов каменного угля гидрогенизация кажется
весьма перспективной.
Важнейшие продукты
углехимии
Перспективы развития
Развитие углехимии в России началось
одновременно с развитием металлургии в 80-х
ХIX в.
Основными тенденциями развития являются: повышение единичной мощности установок
до оптимальных (с позиций себестоимости продукции), снижение энергоёмкости и
замыкание потоков энергии путём рекуперации, увеличение глубины и селективности
извлечения целевых компонентов, вовлечение в переработку менее пригодных углей,
торфа, сланцев.
По объёму производства продукции углехимии совокупно Россия и Украина занимают 1-е
место в мире.
Фраза Д.И. Менделеева: «Сжигать нефть и уголь
– то же, что топить печь ассигнациями». Задачи: - Теоретическое моделирование и
экспериментальное исследование строения и структуры угля и установление их
взаимосвязи с его реакционной способностью. - Исследование молекулярного
строения и надмолекулярной структуры угля; установление взаимосвязи состава и
структуры угля с его реакционной способностью. - Разработка научных основ
технологий получения из угля, продуктов его переработки и другого
углеродсодержащего сырья новых углеродных материалов и адсорбентов. -
Химическая модификация углеродных адсорбентов с целью придания им заданных
свойств.