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

• кокс, полукокс, коксовый газ;
• каменноугольный пёк;
• бензолы, нафталин, антрацен, фенантрен;
• крезолы;
• фенол;
• пиридины;
• антраценовое масло;
• поглотительное масло;
• инден-кумароновая смола;
• соли аммония
• генераторный газ;
• жидкие углеводороды

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.