Уголь как альтернатива нефти и газу

Антон Ефремов, специально для УРА-Информ

В нашей стране добывают в два раза меньше угля, чем в Польше, в пять раз меньше, чем в странах Западной Европы, и в двадцать раз меньше, чем в США, то есть 3,8% от уровня мировой добычи. При этом по уровню добычи наша страна занимает 7-е место в мире. Но каждый день правительственное задание по «черному золоту» перевыполняется на десяток процентов.

Отечественная добыча потихоньку растет. Уголь становится все более востребованным. В мире на его долю приходится около 40% мирового производства электричества. В некоторых странах эти цифры гораздо выше: в Польше доля угля в производстве электроэнергии составляет 94%, в ЮАР – 92%, в Китае и Австралии – по 77%. И с каждым днем угледобыча в Украине становится все более заманчивой для частного бизнеса. Причина – регулярное повышение цены на нефть и газ. Но ведь и ТЭС, и коксохимическую промышленность необходимо чем-то «кормить». Многие эксперты считают, что уголь способен обеспечить энергетическую независимость Украины. Или, по крайней мере, снизить зависимость нашей страны от «российской трубы».

Уголь – единственный энергоноситель, которого в Украине достаточно для полного обеспечения потребностей национальной экономики. Отрасль расположена в Донецком, Львовско-Волынском каменноугольных и Днепровском буроугольном бассейне. Основной базой каменного угля Украины по-прежнему остаётся Донбасс. В структуре наших запасов органического топлива доля угля занимает 95%, а нефти и газа – лишь 5%.

Было дело, даже объявляли мораторий на закрытие убыточных для государства, но еще не полностью истощенных шахт. Однако, правительство и сейчас рассчитывает вдохнуть в них жизнь путем привлечения частных инвесторов. Инвесторы не возражают. Еще бы, ведь себестоимость угледобычи, в зависимости от условий в каждой отдельной шахте, может отличаться впятеро.

Естественно, в заведомо убыточные шахты вкладывать деньги никто не хочет. Так, в Луганской области в списках на продажу уже значатся шахты, входящие в ГП «Ровенькиантрацит» и «Свердловантрацит», одни из самых мощных угледобывающих в области. Разумеется, что и в смысле приватизации они наиболее перспективны. К тому же, правительство надеется, что частники помогут угольной отрасли выйти на новый уровень. Хотя бы за счет применения в угледобыче нового оборудования и прогрессивных технологий. На государственных же шахтах, при том, что они имеют поддержку в виде дотаций из бюджета, уголь стоит дороже, а заработная плата сотрудников значительно ниже, чем на частных добывающих предприятиях. Так что приватизация в угольной отрасли движется полным ходом. Например, шахты Западного Донбасса, «Павлоградуголь», «Комсомолец Донбасса», «Краснодонуголь», которые дают около 40% всей добычи Украины уже давно приватизированы. Но – не все столь радужно для инвестиционных романтиков. Как и для угольной промышленности.

Гори, гори ясно

С одной стороны, новые технологии добычи и использования угля вновь делают эту отрасль экономически привлекательной. С другой – вред от добычи и сжигания угля никто не отменял. То есть, рост угольной энергетики не только влечет за собой устойчивое развитие добычи, переработки и обогащения угля, но и экологические проблемы, ведь уголь вполне заслуженно считается наиболее «грязным» энергоносителем, использование которого связано с наибольшим загрязнением окружающей среды и выбросом в атмосферу углекислого газа.

При сжигании угля выделяются соединения серы и азота, являющиеся основой для смога и кислотных дождей. При его добыче происходит загрязнение наземных водных источников и подземных вод, плодородные земли превращаются в терриконы или отвалы обогатительных фабрик. При сжигании угля в атмосферу выделяется на две трети больше углекислого газа, чем при использовании природного газа.

Экологические движения по всему миру, к которым вынуждены прислушиваться или, по крайней мере, делать вид, что прислушиваются, правительства «вторых» стран, выступают за полный отказ от сжигания угля. Подтверждение силы экологических движений, точнее, благосостояния тех спонсоров, которые за ними стоят – тот же Киотский протокол. Хотя предпосылки для борьбы за чистоту требуемого им выхлопа, образующегося при сжигании угля, были созданы еще в хаемом ныне советском прошлом.

Тяжелое наследие прошлого

Одним из способов сжигания угля на переоборудованных для этой цели ТЭС является применение водоугольной суспензии или водоугольного топлива (ВУТ), идея которого возникла еще в 1950-х годах в Институте горючих ископаемых АН СССР, а в 1959 году, по Приказу Совета Министров были начаты разработки по внедрению ВУТ.

Первоначально это был поиск возможности утилизации тонких угольных шламов, появившихся в больших количествах при интенсивном развитии гидродобычи и гидротранспорта угля, а также при обогащении углей мокрым способом. Этой проблемой в 1979-1984 гг. занимались около 100 организаций в США, Швеции, Великобритании, Китае, Японии, Канаде, Италии и других странах. Были созданы крупные международные корпорации Carbogel, Fluidgarbon, Co-Al, Densecoal и другие. В результате были разработаны технологии, позволяющие в 1.5 - 3.5 раза снизить вредные выбросы в атмосферу, а также повысить эффективность использования угля до 98%, при том, что традиционное сжигание угля дает эффективность не более 60%.

Самое главное достоинство данного топлива — его дешевизна и экологичность. Стоимость готового ВУТ дешевле мазута в 2-4 раза и не превышает 15-20% цены исходного угля на месте его добычи. К тому же ВУТ пожаро– и взрывобезопасно. Перевод котельных на ВУТ обычно занимает не более 7 мес., а при серийном изготовлении необходимого для этого оборудования срок перевода сократится вдвое. Экономия на выработке тепловой и электрической энергии поможет окупить затраты на реконструкцию котельной из трех-четырех котлов за 2.5 - 3 года. Технологии хранения и транспортировки ВУТ просты и могут быть полностью автоматизированы, перекачку можно осуществлять по трубопроводам. В отличие от мазутных цистерн, емкости, в которых зимой транспортируется ВУТ, легко очищаются от остатков топлива. Впрочем, хоть в Украине возможности масштабного приготовления и использования водоугольного топлива пока лишь изучаются, ВУТ – не единственный способ использования угля в энергетике.

Уголь по-белому

Традиционные угольные энергоблоки, в которых используются современные системы очистки и удаления вредных примесей — прежде всего, пыли, оксидов серы и азота можно условно назвать «белыми» Для этого применяются скрубберы, электрофильтры и т.д. К «белым» также можно отнести котлы, сжигающие низкосортное топливо в циркулирующем кипящем слое и вследствие этого способствующие уменьшению объема отходов, что является одним из способов сжигания ВУТ. Таким образом, выбросы пыли и загрязняющих веществ можно сократить до минимума, что, по мере сил постоянно делают отечественные ТЭС.

Также обсуждается технология комбинированного цикла комплексной газификации (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC). При нем синтетический газ, полученный из угля, обработанного горячим паром и сжатым воздухом либо кислородом, очищается от вредных примесей и сжигается в газовой турбине для получения тепло- и электроэнергии. КПД такой турбины, кстати, превышает 50%. Ну и, конечно, самая «белая» технология та, при котором вообще не происходит его сжигания. На выходе в данном случае получают синтетический газ, представляющий собой, в основном, смесь водорода и угарного газа и в зависимости от используемого процесса жидкое топливо. Но об этом – чуть позже.

Забытый уголь

Отечественные энергетики почти не используют бурый уголь в производстве электроэнергии, в то время как в странах Европы его доля в данном производстве составляет почти 30%. Причина - в Украине основными первичными энергоносителями по-прежнему остаются каменный уголь и природный газ. То есть, используемые на украинских ТЭС котлы спроектированы для сжигания преимущественно каменного угля.

Если, по украинским нормам, для производства 1 кВт-ч электроэнергии необходимо порядка 369,7 грамма каменного угля, то бурого угля для выработки такого же количества электроэнергии необходимо сжечь уже полтора килограмма. И, хотя наши запасы бурого угля оцениваются в 6-8 млрд т , среди которых достоверные запасы составляют 2 млрд т, и более 1 млрд т можно добывать безопасным и дешевым открытым способом, начиная с 1990 г., добыча бурого угля сокращалась быстрыми темпами и в настоящее время фактически прекращена.

Но ведь можно использовать этот вид угля в качестве сырья для производства жидкого синтетического топлива и газа. Государственные чиновники, время от времени, заявляют о том, что разрабатывается государственная программа, направленная на создание мощностей по производству синтетического газа из бурого угля. Исходя из имеющихся запасов этого энергоносителя, в стране может быть произведено порядка 280 млрд. куб. м газа. Пока эта программа не принята, бурый уголь использовался только немногими теплоэнергетическими комплексами, находящимися в г. Александрия Кировоградской области.

Впрочем, использование бурого угля на других украинских тепловых электростанциях проблематично ввиду его низкой теплотворной способности, что делает его транспортировку на значительные расстояния нерентабельной, а это уже – коммерция чистой воды. По всей видимости, будем ждать, пока стоимость каменного угля, мазута, того же бензина подскочит, если не до небес, то хотя бы до уровня, позволяющего бурому углю превратиться в рентабельное топливо. Кстати, о бензине.

Альтернативный бензин

Бурые угли уже давно перерабатывают по достаточно эффективным технологиям, в том числе с получением синтетического и водоугольного, о котором было упомянуто выше, топлива. К сожалению, это происходит во всем мире, но не у нас. Восемь проектов на различных стадиях реализации осуществляются в Китае, и все они предназначены для полной замены традиционных видов топлива. В Нигерии, Катаре, Малайзии и США на стадии проектирования и строительства находятся около 50 объектов суммарной мощностью более 300 млн т топлива в год. В Японии, Индии, Польше, Индонезии и Пакистане общий объем официально объявленных инвестиций в эту сферу превысил $15 млрд, а производство синтетического топлива достигло 20 млн т в год.

У нас же, как водится, на это нет денег. Боле того, согласно приказу Минуглепрома №381 от 10.07.2006 г. процесс ликвидации буроугольной промышленности в Украине практически закончен – на сегодняшний день в Украине предприятие полного цикла ОАО ГХК «Александрияуголь» ликвидировано и разграблено.

А ведь синтетическое топливо из угля впервые появилось в Германии в 1911 г, когда немецкий химик Ф. Бергиус получил из угля бензин, а к 1941 г. Германия вырабатывала до 4 млн т жидкого топлива в год. Группа заводов «Сасол» была создана в начале 70-х годов в ЮАР для переработки угля в синтетическое жидкое топливо, что позволило с меньшими потерями пережить эмбарго на поставки нефтепродуктов. Сегодня компания «Сасол» перерабатывает около 47 млн т угля в год, это около 7 млн т жидкого топлива и имеет годовую прибыль в сотни миллионов долларов. У нас из бурого угля пока смогут делать разве что только суспензию – ВУТ, да и то «в недалеком будущем».

Синтетическое топливо

Современная технология получения синтетических жидких топлив из бурого угля включает три стадии. На первой стадии осуществляется процесс ожижения бурого угля. В размольно-смесительный аппарат загружается бурый уголь и модифицирующие добавки. В процессе размола и гомогенизации компонентов смеси осуществляется модификация бурого угля: изменяется высокомолекулярная структура, состав фрагментов, разрушаются электронно-донорно-акцепторные связи, что приводит к деполимеризации бурого угля и превращению его в жидкую углеводородную смесь. На второй стадии осуществляется очистка жидкого бурого угля от механических примесей, взвешенных частиц, солей, серы и других компонентов, подлежащих удалению. Третья стадия — углубленная переработка жидкого бурого угля в синтетическое жидкое топливо.

Пока себестоимость барреля синтетического топлива – 25 долларов, однако в ближайшем будущем ученые обещают снизить ее до 15 долларов. Завод стоимостью 250 млн долларов ежегодно может производить из четырех миллионов тонн угля как минимум миллион тонн синтетического топлива, но из-за высоких требований к качеству сырья рентабельность таких предприятий еще не до конца изучена. Впрочем, в обозримом будущем отказ от угольной отрасли невозможен вследствие слишком большой доли угля в мировом производстве энергии. И не только энергии.

Кокс – он и в Украине кокс

Коксохимическая промышленность Украины - важное звено цепочки уголь-кокс-металл. Абсолютный лидер в производстве кокса и количестве коксовых батарей на КХЗ (коксохимических заводах) Украины - Донецкая область. Сырьём для коксохимической промышленности является коксующийся уголь, добываемый в Донецкой и Луганской областях. Побочные продукты производства кокса, в том числе фенол, широко используются на предприятиях химической промышленности области. В Украине 13 коксохимических заводов, 1 фенольный завод, 2 машиностроительных предприятия, коксовое производство Mittal Steel-Кривой Рог. Всего 53 коксовые батареи.

Из коксующегося угля производят 6-% кокс, каменноугольную смолу, сырой бензол, коксовый газ. Крупнейшие предприятия отрасли: Авдеевский коксохимический завод, «Запорожкокс», Алчевский коксохимический завод, «Донецккокс», «Маркохим». Таким образом, крупнейшие центры коксового производства Украины расположены в Донецке, Макеевке, Енакиево, Мариуполе, Алчевске, Авдеевке, Днепропетровске, Кривом Роге, Запорожье и Днепродзержинске. На предприятиях отрасли работает порядка 0,23% трудоспособного населения Украины. Коксохимическая промышленность потребляет 8,1 % топлива и 2,8 % электроэнергии страны. Она – неотъемлемая часть украинского металлургического производства.

Альтернативы нет?

В угольной отрасли остается еще много неиспользованных резервов. В первую очередь речь идет о технологиях извлечения шахтного метана. Благодаря Киотскому протоколу многие шахты в Украине уже сейчас могли бы установить у себя системы утилизации этого газа. Производство синтетического топлива – дело относительно далекого будущего. А вот что касается перевода доменных печей с природного газа на угольную пыль, оно уже происходит. Ведь, если доменные печи оборудовать установками вдувания пылеугольного топлива, можно исключить из процесса выплавки чугуна природный газ, которого приходится сжигать ежегодно три миллиарда кубометров.

Контракт на поставки оборудования подписал с немецкой компанией Kuttner меткомбинат «Запорожсталь». Затраты предприятия должны составить порядка 2– 2,5 млрд гривен, срок окупаемости проекта – менее двух лет. И вот этой осенью «Запорожсталь» начал горячие испытания установки по вдуванию пылеугольного топлива (ПУТ) в доменные печи. Таким образом, «Запорожсталь» стал третьим украинским металлургическим заводом, который решился использовать эту технологию вслед за «Донецксталью» и Алчевским меткомбинатом.

А вот на Енакиевском металлургическом заводе при реконструкции третей доменной печи от использования ПУТ отказались. И, по всей видимости, вот по какой причине. Новая ДП № 3 на ЕМЗ должна была быть, по проекту, оборудована системой вдувания пылеугольного топлива. Максимальный удельный расход пылеугольного топлива должен был составить около 240 кг на 1 тонну чугуна, что должно снизить расход кокса до 350 кг/т. Но метзавод не сможет обеспечить себя качественным сырьем, которое технологически необходимо в этом процессе. Попросту, для использования этой технологии требуется кокс более высокого качества, нежели выпускаемый большинством украинских коксохимов. Это зависит от качества исходного сырья.

Что же касается «Запорожстали», то на нем используется кокс из Польши, России и Ясиновского коксохима, который получает качественный уголь с шахты «Красноармейская-Западная». При этом продукция близкого к «Запорожстали» Запорожского коксохимического завода, который импортирует российский уголь не самого лучшего качества, оказалась не нужна. В дальнейших планах украинских меткомбинатов к 2020 году перевести на пылеугольное топливо 18 доменных печей, на которых будет выплавляться 24,7 млн. т чугуна из 32 млн. т.

Но сейчас Украине недостает около 20 млн тонн угля. При этом маловероятно, что такой значительный объем можно будет импортировать из России, которая на сегодня является основным поставщиком угля в Украину. А при смешивании качественного угля с не очень качественным украинским будет страдать качество кокса, а значит, снижаться экономическая отдача от использования новой технологии. Не будет испытывать особых проблем лишь «Донецксталь», располагающая едва ли не единственным в Украине качественным угольным месторождением, а также «Метинвест», который сможет импортировать уголь со своего американского предприятия United Coal Company. В любом случае, вот уж чего не хватает, так это сменить импортный газ на импортный уголь.

Из всех вопросов – главный вопрос

Поправить торговый баланс и уменьшить зависимость Украины от внешних поставок, загрузить угледобывающую отрасль, находящуюся в перманентном кризисе… Для этого требются многомиллиардные долларовые вливания в строительство новых угольных энергоблоков, перевод свыше 70 тыс украинских котельных на новое топливо, создание разветвленной транспортной инфраструктуры и закладку новых шахт. Кроме того, сегодня расход топлива на тонну проката в среднем по отрасли составляет почти 1000 кг у.т., что в полтора-два раза выше, чем в развитых странах. А в структуре себестоимости проката в Украине около 50% приходится на затраты на топливно-энергетические ресурсы, в то время как в Европе эта доля составляет не более 20%.

Технически это со временем решаемо. Вопрос в другом. Большинство стран старается, или же, по крайней мере, заявляет, что всячески минимизирует использование угля. Польша и Германия даже взяли на себя повышенные капиталистические обязательства «радикально снизить доли угольной генерации в национальной энергетике к 2020-2030 гг.». Это две страны с традиционно угольной энергетикой. В качестве замены обещают использовать ветряки и природный газ… Так вот, насколько Украина готова размениваться на «общемировые тенденции», поддаваться западному и прочему давлению «негосударственных организаций». И насколько в состоянии думать, прежде всего, о себе в грядущем угольном переделе?

Источник: http://ura-inform.com/