Размещено на http://www.allbest.ru/

К вопросу о подземной газификации углей

Г.А. Папафанасопуло

Известно, что новое - это хорошо забытое старое. В полной мере это относится и к угольной энергетике.

На долю угля в экономике Казахстана приходится около 70% используемых топливных ресурсов. Наиболее крупным потребителем угля является энергетика, получающая в свой адрес справедливые нарекания за доминирующее участие в загрязнении среды обитания. В то же время совершенно утрачен интерес к давно известным способам использования энергии угля посредством его газификации, что коренным образом меняет ситуацию, превращая уголь в универсальное чистое топливо.

Как при подземной газификации углей, так и на газовых заводах ведется процесс неполного сгорания топлива, в результате которого образуется негорючий газ СО 2 и горючий угарный газ СО. Эта смесь имеет теплоту сгорания от 2100 до 3000 ккал/м 3.

В наземных установках может производиться метанизация этой смеси путем обработки водяным паром, в процессе которой протекают две реакции получения заменителя природного газа (ЗПГ):

CO+3H2=CH4+H2O+Q CO2+4H2=CH4+2H2O+Q

Особое значение газификация углей и использование их энергии в газовой фазе приобретает в связи с возникающими проблемами глобального потепления климата в результате антропогенного влияния.

При использовании ЗПГ при равном энергетическом эффекте эмиссируется вдвое меньше СО 2, чем при сжигании угля, т.к. в новом топливе присутствует водород.

Синтетический метан - продукт угольщиков, химиков и газовщиков. Видимо, в этом состоят определенные организационные сложности. Получить это топливо сложнее, чем просто поджечь угольный костер.

Надземный комплекс содержит аппараты для выделения элементарной серы, очистки промежуточных газов, охлаждения потоков и пр. В конечном счете, все определяется стоимостью нового топлива, которая, по американским источникам, может быть до погашения обязательств по кредитам около 40 долл. США за 1000 м 3, а после - меньше 10 долл. США за 1000 м 3.

Как известно, газификация углей была освоена более двухсот лет назад и первоначально получила распространение для производства "светильного газа".

Технологии использования энергии углей имеют свои исторические этапы:

¦ добыча и прямое сжигание углей - с доисторических времен до наших дней;

¦ добыча и газификация углей ("светильный газ") - конец XVIII - начало XIX века (Англия);

¦ подземная газификация углей - первая треть XX века (в т.ч. в СССР);

¦ подземная газификация углей и метанизация полученного газа с теплотой сгорания 2100-3000 ккал/м 3 путем обработки в наземных синтезаторах водяным паром с получением ЗПГ с теплотой сгорания 8100-8700 ккал/м 3 - последняя треть XX века (США и другие страны мира).

Впервые синтетический генераторный газ был получен в лабораторных условиях в конце XVIII в. Английский ученый Мердок осветил газом из угля свой дом и машиностроительный завод в Бермингеме.

В России производство синтетического газа из угля началось в 1835 г. В это время в Санкт-Петербурге был построен газовый завод, который работал на каменном угле, привозимом из Англии. Производительность по газу составляла 4,5 млн м 3/год. Второй газовый завод производительностью 18 млн м 3/год был построен в Петербурге в 1856 г. К 1870 г. в Петербурге работало уже пять заводов, вырабатывавших около 30 млн м 3 газа в год. В Москве первый газовый завод был построен в 1865 г. и существовал до 1957 г. В 1888 г. в России насчитывалось 210 газовых установок, в т.ч. для освещения городов, фабрик, железнодорожных станций.

Еще в начале XX века все крупнейшие города России были обеспечены газом для бытовых нужд от газовых заводов, газифицирующих уголь. В СССР работало более 250 таких заводов. Москва была переведена на природный газ после войны в конце 40-х годов со строительством первого в СССР магистрального газопровода Саратов-Москва.

Процесс газификации топлива настолько освоен и прост, что в первые же месяцы Великой Отечественной войны почти весь парк грузовых автомобилей, занятых в народном хозяйстве, был оснащен газогенераторными установками, работающими на дровах.

По пятилетнему плану восстановления и развития народного хозяйства СССР на 1946-1950 гг. предусматривалось дальнейшее развитие подземной газификации углей.

Научно-исследовательские изыскания и опыт работы промышленных газогенераторов сыграли большую роль в годы Великой Отечественной войны. К 1955 г. в СССР уже были построены крупные промышленные газовые предприятия для централизованного снабжения газом высокой теплоты сгорания на основе твердого топлива (газосланцевые заводы, коксовые заводы и газовые). В 1958 г., до массового строительства магистральных газопроводов, в Советском Союзе работало 350 газогенераторных станций, на которых было установлено около 2500 газогенераторов разных размеров и конструкций. На этих станциях вырабатывалось в год 35 млрд м 3 энергетического и технологического газов из разных видов топлива, полностью покрывавших потребности отраслей в этом виде топлива. Примерно 50% газогенераторных станций обеспечивали газом стекольную, легкую и пищевую отрасли промышленности, около 25% - металлургическую, 15% - машиностроительную и 10% - химическую промышленность.

В связи с использованием природных газов газификация твердого топлива в Советском Союзе по экономическим соображениям была сведена к минимуму после 1961 г. По мере сооружения магистральных газопроводов и подключения к ним промышленных предприятий производство газа из углей прекращалось, а станции демонтировались.

За рубежом ситуация в этой области складывается иначе. Уже давно освоены в промышленности методы Лурги, Копперса-Тотцека, Винклера (относящиеся к процессам газификации первого поколения). С 1960 г. разрабатываются новые процессы, подразделяемые на процессы второго и третьего поколений.

В 1888 г., когда в России уже действовало 210 газовых заводов, Д.И. Менделеев в статье "Будущая сила, покоящаяся на берегах Донца" предложил перенести процесс газификации углей под землю, непосредственно в пласт и избавиться от трудностей и опасной работы по добыче угля.

В настоящее время установки по подземной газификации работают в Украине, в Узбекистане, недавно в Кузбассе пущена Южно-Абинская станция производительностью 4 млрд м 3 газа в год, перерабатывающая 2 млн т. угля. В Узбекистане уже много лет Ангренская ГРЭС работает на газе подземной газификации углей (ПГУ). Этим широко занимаются десятки стран мира - от африканских стран (ЮАР, Марокко) до США. В Германии город Дрезден газифицирован от такой станции.

Так что о неизученности вопроса и речи быть не может. Технология этого процесса достаточно проста и основана на закачке в угольный пласт воздуха, обогащенного кислородом, и парокислородного дутья.

Как отмечалось выше (повторимся), существуют технологии метанизации такого газа в наземных синтезаторах, в которых при обработке газа водяным паром получают ЗПГ теплотворной способностью 8100-8700 ккал/м 3 при стоимости (после расчетов по кредитам) менее 10 долл. США за 1000 м 3. уголь газификация энергия

Подземная газификация углей - самый высокопроизводительный и наиболее экологически чистый процесс получения экологически чистой энергии, т.к. при сжигании ЗПГ образуется вдвое меньше СО 2, отнесенному к равному количеству энергии, а также не требующий отвода земель для складов топлива и золоотвалов. Стоимость этой энергии, приведенной к условному топливу, наиболее низкая из ныне известных и ниже, чем при добыче угля открытым способом.

Следует отметить, что наиболее острой проблемой в энергетической отрасли Казахстана является сложившееся критическое топливо-обеспечение Южной энергетической зоны, не отвечающее требованиям энергетической безопасности и независимости, а также экологической приемлемости.

Известно, что основой энергетического благополучия является топливообеспечение по ценам, позволяющим потребительским формам энергии (электроэнергия, теплота) быть доступными по стоимости и конкурентоспособными на открытом энергетическом рынке.

Так, в результате высоких цен на топливо в 2003 г. при располагаемом потенциале производства в этой зоне электроэнергии около 17 млрд кВт*ч при электропотреблении 11,54 млрд кВт*ч было на собственных электростанциях произведено всего 6,87 млрд кВт*ч с использованием собственного потенциала лишь на 41%.

В этих условиях в целях самообеспечения региона энергией и создания возможностей для ее экспорта целесообразно было бы:

¦ перевести теплоисточники города Кызылорды на попутный газ нефтедобычи группы месторождений Кумколь, где он в настоящее время сжигается в факелах;

¦ в целях радикального решения топливообеспечения экономики и социальной сферы Алматинской, Жамбылской и Южно-Казахстанской областей освоить подземную газификацию бурых углей Нижне-Илийского бассейна и производство на основе газа подземной газификации - ЗПГ теплотой сгорания 8100-8400 ккал/м 3.

Подземная газификация трудноизвлекаемых углей Нижне-Илийского бассейна, расположенного в 200 км севернее г. Жамбыла, и вовлечение их в топливно-энергетический баланс региона явились бы новым направлением в энергетике Казахстана и позволили бы радикально и навсегда решить энергетические проблемы Южного Казахстана, создать экспортный потенциал электроэнергии, конкурентоспособной на любом рынке.

Запасы углей в этом бассейне составляют около 10 млрд т, что эквивалентно выходу более 19000 млрд м 3 ЗПГ, которого хватило бы на сотни лет. И лучшего способа вовлечения в топливно-энергетический баланс страны этих трудно-добываемых углей нельзя представить. При этом сопутствующие углю высокоценные элементы прошли бы таким образом обогащение и могли бы быть оставлены до времен, когда в них возникнет потребность.

По предварительной оценке Центральноазиатской Академии Информациологии, полученной по аналогичным исходным данным США, установка по производству ЗПГ производительностью около 7 млрд м 3 ЗПГ в год стоимостью около 135 млн долл. США (без ЛЭП и газопровода) может быть построена в течение двух лет с возможной стоимостью газа на коллекторе газозавода около 37,5 долл. США/1000 м 3 и после расчетов по кредитам - 5-7 долл. США/1000 м 3. Для сравнения - современная цена узбекского газа на Юге Казахстана составляет около 54 долл. США/1000 м 3.

ЗПГ можно было бы подавать в существующую газотранспортную систему магистральных трубопроводов Южного Казахстана: Бухара-Ташкент-Шымкент-Алматы по газопроводу протяженностью около 200 км до точки присоединения к этой системе. По предварительной оценке, для перевода на ЗПГ всех потребителей Юга Казахстана потребуется:

- для объектов электроэнергетики около 4,5 млрд м 3, в т.ч.: Жамбылской ГРЭС - около 2,2 млрд м 3; Алматинских ТЭЦ - около 1,5 млрд м 3; Жамбылской и Шымкентской ТЭЦ - около 0,5 млрд м 3;

- для коммунально-бытовых целей (и, возможно, предложения Кыргызстану) - 2,5 млрд м 3.

Перевод Алматинских ТЭЦ на это топливо позволит коренным образом уменьшить негативное влияние на экологическую обстановку в городе, избавит от необходимости отвода высокоценных земель для золоотвалов и золопроводов, сократит расход дефицитной воды на транспорт золы и позволит снизить тарифы на теплоснабжение.

Близость угольного бассейна к площадке Южно-Казахстанской ГРЭС позволит, при необходимости, создать здесь новые генерирующие мощности, но не на угольной или атомной электростанциях, а на основе парогазовых установок с удельной стоимостью установленной мощности 500-600 долл. США/кВт и с КПД до 60%.

Учитывая многообещающие результаты кардинального решения энергетических проблем региона Южного Казахстана, было бы крайне желательно (с привлечением квалифицированных специалистов и опыта США, России в вопросах производства заменителя природного газа на основе газа подземной газификации углей) выполнить предпроектную работу по исследованию этой проблемы, с выдачей рекомендаций для конкретного проектирования и создания нового для Казахстана производства, открывающего большие возможности.

Размещено на Allbest.ru