Уголь как минеральный ресурс для получения жидкого топлива

УДК 553.04

УГОЛЬ КАК МИНЕРАЛЬНЫЙ РЕСУРС ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

© 1, 2

Иркутский национальный исследовательский технический университет,

664074, Российская Федерация, 3.

В данной работе рассмотрен уровень дефицита нефти и газа. Получение различных продуктов из угля, превышающих себестоимость минерального сырья в десятки раз. Перспектива создания завода получения синтетического топлива из угля на территориях Восточной Сибири.

Ключевые слова: уголь, синтетическое топливо, завод по переработке угля, Восточная Сибирь.

COAL AS A MINERAL RESOURCE FOR THE PRODUCTION OF LIQUID FUEL

© A. Bozhko, V. Konyukhov

Irkutsk National Research Technical University,

83 Lermontov Str., Irkutsk 664074, Russian Federation

This article considers the level of oil and gas deficit. The article describes the obtaining various products from coal, which exceed the cost of mineral raw materials by tens of times. The article gives the perspective of creating a plant for the production of synthetic fuel from coal in the territories of Eastern Siberia.

Keywords: coal, synthetic fuel, coal processing plant, Eastern Siberia

В настоящее время примерно половина всей энергии, производимой в мире, вырабатывается из нефти, в том числе, практически вся энергия для автономных подвижных потребителей. Но вот уже почти десять лет цены на нефть быстро растут, и ее запасы приращиваются все медленнее, а добыча становится все дороже. Нефть очень ценное природное сырье, но по подсчетам Экспертов Всемирного энергетического совета разведанных запасов нефти человечеству примерно может хватить только на 56 лет, газа – на 60 лет и более, а угля – минимум на 270 лет. Следовательно, наиболее выгодным добываемым и впоследствии перерабатываемым сырьем является уголь. Уголь – наиболее изобильное ископаемое сырье, угольный процесс Фишера-Тропша может найти в ближайшем будущем значительно – более широкое применение, давая не только бензин, но также газойль и топлива нового поколения [6].

Сегодня российская угольная отрасль – это 354 млн тонн добычи, 132 млн тонн угля экспорта, 165 тысяч рабочих мест и 500 тысяч – в смежных отраслях, около 54 млрд рублей налогов и социальных отчислений ежегодно [1].

По объемам добычи угля Россия занимает пятое место в мире (после Китая, США, Индии и Австралии), 3/4 добываемого угля используется для производства энергии и тепла, 1/4 – в металлургии и химической промышленности. На экспорт идет небольшая часть, в основном в Японию и Республику Корея.

Открытая добыча угля в России составляет 2/3 общего объема. Этот способ добычи считается наиболее производительным и дешевым. Однако при этом не учитываются связанные с ним сильные нарушения природы – создание глубоких карьеров и обширных отвалов вскрышных пород. Шахтная добыча дороже и отличается высокой аварийностью, что во многом определяется изношенностью горного оборудования. Роль того или иного угольного бассейна в территориальном разделении труда зависит от качества углей, размера запасов, технико-экономических показателей добычи, степени подготовленности запасов для промышленной эксплуатации, размеров добычи, особенностей транспортно-географического положения. По совокупности этих условий резко выделяются межрайонные угольные базы – Кузнецкий и Канско-Ачинский бассейны, на которые суммарно приходится 70% добычи угля в России, а также Печорский, Донецкий, Иркутско-Черемховский и Южно-Якутский бассейны [2].

Из угля получают более 400 различных продуктов, стоимость которых в 20–25 раз выше стоимости самого угля. При коксовании угля, то есть при сильном нагревании без доступа воздуха, получают следующие основные продукты:

1) Коксовый газ, содержащий метан, водород, аммиак, этилен, пары бензола и толуола.

2) Каменноугольную смолу, содержащую бензол, толуол, ксилолы, другие гомологи бензола, нафталин, фенол.

3) Надсмольную воду, содержащую аммиак и фенол.

4) Кокс, представляющий собой практически чистый углерод.

А далее синтезируются побочные продукты, такие как: взрывчатые вещества, различные растворители, пластмассы, красители и лекарственные вещества, которые превосходят стоимость основных продуктов, тем самым внедрение инновационных технологий в области пере­работки позволит извлекать наибольшее количество полезных компонентов из угольной массы, обеспечивая максимальную добавочную стоимость [5].

Ещё в СССР строились предприятия по производству синтетического топлива из угля. Существовали некоторые трудности: громоздкое оборудование стоило очень дорого, а сложная технология приводила к тому, что из-за многостадийности, частых нагревов и охлаждений лишь 35–40 % энергии, заключенной в угле, переходило в конечные жидкие продукты. Перечисленные причины скорее и определили прекращение в 40-х годах производства синтетических топлив, реконструкцию предприятий по их производству в нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы. Эффективность углехимического производства была ниже, чем нефтехимического. Особенно в условиях, когда объемы добычи нефти в стране постоянно росли. Были разведаны и вовлечены в эксплуатацию новые крупные нефтяные месторождения между Волгой и Уралом. На Ангарском комбинате с середины 1950-х гг. начался монтаж первых нефтеперерабатывающих установок. Нефть для них привозили по железной дороге в цистернах. В августе 1960 г. был получен первый промышленный бензин из нефти [3].

Но на данный момент возникает проблема уменьшения запасов нефти и, следовательно, идет поиск альтернативных методов получения продуктов, получаемых из нефти. Проекты, которые закрылись в 40-х годах по производству жидкого топлива из угля, становятся перспективными и должны быть приняты к рассмотрению, а далее и усовершенствованы, ввиду современных технологий, с целью: повысить качество синтетического топлива, понизить энергозатраты на производство и т. д.

Для превращения органической массы угля в нефтеподобное вещество нужно решить три химические задачи:

Удалить из нее кислород, а вместе с ним и такие вредные примеси для топлива, как азот и сера, в виде соответственно воды, аммиака и сероводорода, израсходовав для этого много водорода, которого и так мало в угле. Добавить в органическую массу водорода до соотношения водорода и углерода в нефти. Разукрупнить макромолекулы органической массы угля до молекулярного веса компонентов нефти.

Из всех этих задач проще всего третья — уже давно в переработке горючих ископаемых применяются термические и термокаталитические процессы, в которых под действием тепла увеличиваются колебательные движения атомов в молекулах, рвутся наименее прочные химические связи и большие молекулы превращаются в меньшие.

В Китае крупнейший в мире одиночный завод по переработке угля в жидкое топливо был официально введен в эксплуатацию в Нинся-Хуэйском автономном районе. Осуществлен проект, так как страна богата угольными ресурсами, но испытывает дефицит нефти и газа, что и ожидает Россию через 50 лет. На нынешнем этапе страна импортирует более 60 % нефти.

Общий объем капиталовложений в реализацию проекта составил около 55 млрд юаней /7,9 млрд долл. США. Завод способен ежегодно превращать более 20 млн т угля в 4 млн тонн нефтяных продуктов, включая 2,7 млн т дизельного топлива, 980 тыс. т нафты и 340 тыс. тонн сжиженного газа, рассказал заместитель генерального директора угледобывающей компании при корпорации «Шэньхуа» в Нинся Яо Минь. Среди побочных продуктов производства – 200 тыс. т серы, 75 тыс. т различных спиртов и 145 тыс. т сульфата аммония [4].

Проекты, создаваемые для социально-экономического развития Восточной Сибири либо откладываются, либо вовсе закрываются, не инвестируются. В то время как (на примере Кемеровской области) проекты получают одобрение и запускаются. Да, несомненно, Кузнецкий угольный бассейн считается одним из крупнейших угольных бассейнов, но вкладывая в развитие предприятий Восточной Сибири, а именно Красноярского края, Иркутской области, где крупнейшие угольные месторождения будут приносить дополнительную немалую прибыль.

Канско-Ачинский угольный бассейн второй по добыче угля после Кузбасса. Расположен на несколько сотен километров восточнее Кузбасса на территории Красноярского края и частично в Кемеровской и Иркутской областях. Этот Центрально-Сибирский бассейн обладает наиболее значительными запасами энергетического бурого угля, добывающегося открытым способом. Добыча угля в бассейне на 2006 г. превысила 40 млн т в год, наиболее крупным угледобывающим предприятием является крупнейший в России угольный разреза «Бородинский» – 20 млн т/год. К крупным относятся также разрезы «Березовский», «Назаровский», «Переясловский», «Канский». Создав и запустив проект по переработке угля в жидкие продукты, такие как фенолы, крезолы, ксиленолы, спрос на которые очень велик (это сырье для производства хай-тек пластиков) будет осуществляться хорошая прибыль.

В Иркутской области в 1945 г. был построен комбинат № 16 по выработке моторного топлива из черемховских углей. Иркутско-Черемховский бассейн тянется вдоль Верхнего Саяна от Нижнеудинска до озера Байкал. Разделяется на Прибайкальскую и Присаянскую ветви. Объем добычи – 3,4 %, способ добычи открытый и достоинство такого способа добычи в относительной дешевизне и безопасности для работников. Месторождение удалено от крупных потребителей, доставка затруднена, поэтому местный уголь используется в основном на иркутских предприятиях. Запас – около 7,5 млрд т угля. Поэтому, перспективным проектом будет возобновление завода и технологий производства жидкого топлива из угля в Иркутской области. Общая сумма затрат на реализацию проекта составит примерно 5 млрд рублей [5].

Таким образом, современная Россия способна решить многие задачи и обойти трудности, какие существовали 60–80 лет назад, используя новую технологию производства, мощные аппараты и эрудированных специалистов. Запасы нефти с каждым годом преуменьшаются, как и запасы газа, поэтому углехимия имеет огромную перспективу и интерес к новым проектам переработки угля. Особенно, такие проекты должны рассматриваться на территориях Восточной Сибири, дальнейшее развитие которых позволит обеспечить основной прирост добычи угля в отрасли. И далее – создание углеперерабатывающих заводов с перспективами внедрения новых технологий получения жидких продуктов.

Библиографический список

оржество угля еще впереди. // Российская газета – Федеральный выпуск № 000 (215). интетическое топливо – будущее России (видео-сюжет из программы «Вести» от 4.03.2010) [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www. vesti. ru/doc. html? id=345329#/video/https%3A%2F%2Fplayer. %2Fiframe%2Fvideo%2Fid%2F1315348%2Fstart_zoom%2Ftrue%2FshowZoomBtn%2Ffalse%2Fsid%2Fvesti%2FisPlay%2Ftrue%2F%3Facc_video_id%3D261976 (25.03.2018) История Ангарска // НУК «Экспедиция ИнтерБАЙКАЛ» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www. ruchina. org/interbaikal. html (25.03.2018) CTL – жидкое топливо из угля в Китае [Электронный ресурс]. Режим доступа https://slanceviy-glas. /394326.html (25.03.2018) Экономические основы технического и технологического развития производства: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014. 229 с. , Усовершенствование комплекса для получения угольной нефти // Вестник Казанского технологического университета. 2013. № 23. С. 183–185.

1 , студент группы ХТОбп-15-1 Института высоких технологий,
e-mail: *****@***ru

Bozhko Anastasiya, a student of High Technologies Institute, e-mail: *****@***ru

2 , кандидат технических наук, профессор кафедры управления промышленными предприятиями, e-mail: *****@***istu. edu

Konyukhov Vladimir, Candidate of Technical Sciences, Professor of Industrial Management Department,
e-mail: *****@***istu. edu