14 Ноября 2018

Сжечь не до золы

В Кузбассе собираются построить комплекс глубокой переработки угля, который будет производить термококс. «Кислород.ЛАЙФ» нашел статью ученого-физика Валентина Данилова, в которой описаны преимущества этой уникальной отечественной технологии. Именно она может лечь в основу низкоуглеродной угольной теплоэнергетики.

Поделиться в социальных сетях

Новость, на которую мало кто обратил внимание – на прошлой неделе в администрации Кемеровской области был рассмотрен проект строительства в Ленинске-Кузнецком энерготехнологического комплекса на базе отечественной технологии «Термококс-С». Комплекс будет осуществлять глубокую переработку энергетического угля марок Д и ДГ в готовую продукцию. Общий объем инвестиций инвестора, ООО «Лантан-2000», может составить 4,8 млрд рублей. Начало строительства запланировано на первый квартал 2019 года. 

По словам генерального директора ООО «Лантан-2000» Юрия Мотыгина, комплекс будет включать крытые угольные склады с приемными бункерами угля и угольными башнями, топливно-транспортный цех, цех газификации и производства полукокса, склады шихтовых материалов и конечной продукции, цех теплоэнергетики, сооружения очистки ливневых сточных вод, сооружения инфраструктуры. ЭТК сразу же станет соответствовать современным требованиям в области экологической и промышленной безопасности, и сможет вырабатывать ежегодно до 328 тыс. Гкал тепловой энергии. Электрическая мощность комплекса может составить от 12 до 24,9 МВт, что в состоянии покрыть потребности предприятий города.

Как отметил заместитель губернатора Кемеровской области Андрей Панов, «энергокомплекс позволит заменить три старые угольные котельные, создать 120 новых рабочих мест, обеспечить сдерживание роста тарифов на тепло и электроэнергию, увеличить налоговые поступления за счет создания нового высокодоходного бизнеса и улучшить состояние окружающей среды в городе». В департаменте угольной промышленности Кузбасса пояснили: «Идея глубокой переработки угля заключается в том, что уголь не сжигается полностью до золы, как это принято в традиционной энергетике. В процессе нагрева угля неустойчивые органические соединения переходят в газовое состояние, в результате чего получается товарный продукт — среднетемпературный полукокс. Наиболее перспективным специалисты считают применение полукокса в электрометаллургии и доменном производстве. Он способен заменить природный газ и частично дорогостоящие марки кокса, а также мазут на котельных ЖКХ и др.». 

«Кислород.ЛАЙФ» не в первый раз сталкивается с упоминанием технологии термококса. Простой поиск в Интернет вывел нас на публикацию журнала «ЭКО-Потенциал» (издание Уральского государственного лесотехнического университета), вышедшую еще в прошлом году. В ней известный физик, кандидат физ-мат наук, признанный специалист в области физики плазмы, бывший руководитель Теплофизического центра Красноярского государственного технического университета Валентин Данилов подробно рассказывает о преимуществах этой отечественной разработки. И описывает ее масштаб и потенциал. С разрешения автора цитируем текст с небольшими сокращениями.

Энерготехнологический комплекс в Ленинске-Кузнецком сможет вырабатывать ежегодно до 328 тыс. Гкал тепловой энергии. А электрическая мощность комплекса сможет покрыть потребности предприятий города.
«

Главной особенностью России, в отличие от стран с мягким климатом, является то, что главным видом энергии, вырабатываемой энергетической отраслью, является тепловая энергия. По данным Министерства энергетики РФ, потребление тепловой энергии в России составляет более 2 млрд Гкал в год. Это в 11 раз больше, чем в США, в два раза больше, чем в странах объединенной Европы, и составляет около 44% мирового производства тепла. Из этого факта следует, что основной акцент при переходе на «зеленые» источники энергии в России должен быть сделан на «зеленые» (низкоуглеродные) технологии выработки именно тепловой энергии. Переход на возобновляемые источники электрической энергии для России не столь актуален, как для других стран.

»
Валентин Данилов Кандидат физико-математических наук, ученый-физик, признанный специалист в области физики плазмы, бывший руководитель Теплофизического центра Красноярского государственного технического университета

«Целями устойчивого развития являются: обеспечение перехода к рациональным моделям потребления и производства, а также принятие срочных мер по борьбе с изменениями климата и его последствиями. 12 декабря 2015 года в Париже было достигнуто важное международное соглашение о борьбе с глобальным изменением климата, которое после 2020 года заменит Киотский Протокол. (…) Генеральный секретарь ООН Пан Ги Мун объявил, что данное соглашение вступило в силу 4 ноября 2016 года. По словам Исполнительного секретаря ООН по климату Патрисии Эспиносы, принятый документ является историческим и закладывает основу для другого мира. Принципиальным отличием нового соглашения по климату является то, что каждая страна самостоятельно выбирает дорожную карту по снижению выбросов парниковых газов в атмосферу, и акцент делается на международном сотрудничестве стран для достижения общей цели – недопущения повышения температуры до конца столетия выше двух градусов по Цельсию. (…) Россия декларирует готовность не превысить 70% эмиссии парниковых газов от уровня 1990 года. 

Более 20 лет тому назад в «КАТЭКНИИуголь» (Красноярск) разрабатывалась технология производства углеродных материалов из бурого угля Канско-Ачинского месторождения. Впоследствии сотрудниками ООО «СибТермо» (Красноярск) была отработана и доведена до опытно-промышленной стадии производства технология частичной слоевой газификации угля, которая получила название «Термококс-С». С помощью этой технологии из бурого угля в одну стадию получаются качественный нанопористый углеродный материал, угольный сорбент, который имеет широкое применение в системах очистки воды и воздуха. 

Технология основана на эффекте «обратной тепловой волны». В специальных угольных газификаторах с охлаждаемыми водой стенками волна горения угля в слое движется навстречу воздушному потоку со скоростью около 20 см/час, при этом выделяющиеся при горении угля смолистые вещества попадают в высокотемпературную зону термохимических преобразований и полностью разлагаются. Получаемый горючий газ (смесь Н2 и СО) дополнительно очищается при прохождении через слой активированного углеродного остатка. Требуемый режим обеспечивается управлением соответствующими технологическими параметрами. Горючий газ, получаемый в одностадийном автотермическом процессе, сжигается в котле-утилизаторе, включенном в муниципальную тепловую сеть. 

Фундаментальной особенностью технологии является полная утилизация тепловой энергии, выделяемой в процессе карбонизации угля и включаемой в муниципальную сеть централизованного теплоснабжения. Процесс замещает сжигание угля в котельных и, следовательно, исключает эмиссию парниковых газов, сопровождавшую это сжигание. При производстве одной тонны сорбента выделяется около 10 Гкал тепла, подача которого в тепловую сеть снижает эмиссию СО2 в муниципальных угольных котельных на шесть тонн. Поскольку горючий газ, сжигаемый в котле-утилизаторе, является отходом основного производства угольного сорбента, себестоимость получения тепловой энергии равна нулю. Предприятие «Карбоника-Ф» по производству угольного сорбента по технологии «Термококс-С» с объемом производства 4 тыс. тонн в год успешно работает в Красноярске с 2000 года, при этом бесплатно передает в районную теплосеть все сбросное тепло от производства. 

Технология «Термококс-С» имеет хорошие перспективы для того, чтобы лечь в основу организации взаимовыгодного экономического сотрудничества со всеми странами, присоединившимися к Парижскому соглашению. Экологические аргументы, которые положены в основу организации такого сотрудничества, состоят в следующем. При производстве угольного сорбента в любой стране вне России работают два независимых источника эмиссии СО2: первый – заводы по производству угольных сорбентов за рубежом, второй – угольные котельные в России, где сжигается уголь для отопления зданий. При переносе производства сорбента в Россию с одновременной утилизацией побочного тепла в централизованной системе теплоснабжения эмиссия СО2 от угольных котельных в России исключается за счет подачи тепла от производства сорбента в централизованную теплосеть (…). 

Речь может идти о производстве не только сорбента, но и любых других углеродосодержащих продуктов, получаемых из угля (активированный уголь, среднетемпературный металлургический термококс и др.). В настоящее время объем производства угольных сорбентов в мире составляет более одного миллиона тонн в год с устойчивым ежегодным ростом около 5%. Вполне реально весь прирост производства угольных сорбентов осуществлять за счет расширения его производства в России. В любом другом случае производство угольного сорбента будет сопровождаться ростом эмиссии парниковых газов.

(…) За счет переноса производства ряда продуктов, в первую очередь угольных сорбентов и металлургического термококса, в Россию с утилизацией их «сбросного» тепла в централизованные сети теплоснабжения может быть получен значительный экологический эффект в борьбе с глобальным потеплением климата, который трудно переоценить. Оценка эмиссии парниковых газов от систем теплоснабжения России дает величину порядка 1 млрд тонн СО2 в год. Это в четыре раза превышает обязательства Японии, взятые ей согласно Киотскому Протоколу. Если гипотетически перевести все теплоснабжение России на сбросное тепло от производств, перерабатывающих уголь, в углеродосодержащие материалы, то можно будет исключить эту эмиссию в размере миллиарда тонн СО2 в год из общемирового баланса источников парниковых газов. Это может послужить хорошей основой для перехода на рациональную модель потребления и производства в России и обеспечит ее выдающийся вклад в борьбу с глобальным потеплением климата на планете.

Вместо заключения

«Сжигать нефть – все равно, что топить печку ассигнациями» - эта цитата приписывается Дмитрию Менделееву. Слово «нефть» в ней с полным основанием можно заменить на «уголь». Зачем сжигать уголь до золы для получения тепловой энергии для отопления зданий, когда можно так провести термохимическое преобразование угля, выступающего уже в качестве ценного углеродного сырья, чтобы получить из него ценные углеродные материалы, востребованные для очистки воды и воздуха, а также для черной металлургии? Угольный газ применялся для освещения улиц еще в позапрошлом веке. Уголь – это не топливо, а в первую очередь сырье для производства углеродных продуктов. 

В этом и состоит будущая парадигма развития теплоэнергетики в России. В буром угле содержится до 45% летучих веществ, по сути, это газовое топливо, только нужно правильно организовать процесс. Поэтому, когда раздаются призывы к повсеместному переходу от угольных котельных к газовым, с этим трудно согласиться. Виноват в загрязнении окружающей среды не уголь, а устаревшая технология его использования. Технология «Термококс-С» позволяет получать тепловую энергию с нулевой себестоимостью и с уровнем вредных выбросов не выше, чем от котельных, использующих в качестве топлива газ. 

Следует отметить, что есть вариант технологии с кипящим слоем, «Термококс-КС». Качественно эту технологию можно представить как перевод стандартного угольного котла после небольшой модификации на работу с большим недожогом угля. На выходе получается коксовая мелочь, из которой после брикетирования получается или бездымное топливо, или углеродный материал для черной металлургии. Удельная производительность «Термококс-КС» на порядок выше, чем у «Термококс-С». 

В России были успешно реализованы две крупные энергетические программы. Первая – это план ГОЭЛРО, вторая – массовое строительство теплоэлектроцентралей (ТЭЦ, где осуществляется комбинированное производство тепловой и электрической энергии, с 1939 года). С полным правом можно сейчас говорить о перспективном будущем низкоуглеродной угольной теплоэнергетики. Наступает время для третьей энергетической программы России – низкоуглеродной угольной теплоэнергетики. Старт для разработки такой программы дан 4 ноября 2016 года, когда вступило в силу Парижское Соглашение по климату». 

Журнал «ЭКО-Потенциал», №2 за 2017 год.

В России были успешно реализованы две крупные энергетические программы: ГОЭЛРО, потом массовое строительство ТЭЦ. Наступает время для третьей – низкоуглеродной угольной теплоэнергетики.