CC BY
150■ НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.GAZOHIMIYA.RU
ПРОЕКТЫ Щ
Об обеспечении поисково-разведочных работ в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке моторными топливами из бурого угля
О.Е. БУГРИЙ, Е.В. КОНДРАТЕНКО, В.М. КАЗАКОВ
ОАО «ГАЗПРОМ ПРОМГАЗ»
Стратегической задачей ОАО «Газпром» в отношении ресурсной базы является сохранение паритета между приростом запасов и добычей на период до 2030 г. и обеспечение расширенного воспроизводства запасов в дальнейшей перспективе.
Геологическое изучение недр будет проводиться в районах с развитой газодобычей (Надым-Пур-Тазовский регион, Прикаспийская нефтегазоносная провинция), а также в новых газоносных районах: полуостров Ямал, шельф арктических морей, Восточная Сибирь,
Дальний Восток [1].
Безусловно, что освоение таких труднодоступных районов, как Восточная Сибирь и Дальний Восток, связано с большими организационными трудностями и высокими капиталовложениями. Бурение поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин требует, кроме всего прочего, больших затрат дизельного топлива. Перевозки в этих регионах вахты, материалов и реагентов производятся автотранспортом, потребляющим ГСМ. Отопление и жизнеобеспечение вахтовых поселков буровиков и строителей также требует надежного энергообеспечения, осуществляемого дизельными генераторами.
Поскольку основные нефтеперерабатывающие заводы России расположены достаточно далеко, а пути подвоза зачастую бывают сезонными, то реальная стоимость ГСМ на месте производства работ остается достаточно высокой, подвоз сопряжен с организационными трудностями,
ОБЩИЕ ЗАПАСЫ КАМЕННЫХ И БУРЫХ УГЛЕЙ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ ПРЕВЫШАЮТ 6,8 ТРЛН Т И СОСТАВЛЯЮТ ОКОЛО 80 % ЗАПАСОВ УГЛЕЙ НАШЕЙ СТРАНЫ. ЗНАЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ БУРЫХ УГЛЕЙ ЗАЛЕГАЕТ НА НЕБОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ (ЗАЛЕЖАХ) МОЩНОСТЬЮ 10-60 м, ЧТО ПОЗВОЛЯЕТ ОТРАБАТЫВАТЬ ИХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ. НА ОТДЕЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ МОЩНОСТЬ ЗАЛЕЖЕЙ СОСТАВЛЯЕТ 100-200 м
ГАЗОХИМИЯ 35
Я ПРОЕКТЫ
вызванными климатическими факторами и отсутствием дорог.
Однако, как известно, Восточная Сибирь и Дальний Восток весьма богаты бурыми углями, распространенными повсеместно.
Общие запасы каменных и бурых углей Восточной Сибири превышают 6,8 трлн т и составляют около 80 % запасов углей нашей страны. Значительная часть бурых углей залегает на небольших глубинах в угольных пластах (залежах) мощностью 10-60 м, что позволяет отрабатывать их открытым способом. На отдельных месторождениях мощность залежей составляет 100-200 м.
Регионы Восточной Сибири и Дальнего Востока обладают значительными запасами ископаемых углей. Разведанные запасы угля восточных регионов по категориям А + В + С1 + С2, учтенные
Государственным балансом запасов полезных ископаемых по состоянию на 01.01.2005 г., составляют
116 207,2 млн т, кроме того, имеется около 3 трлн т прогнозных ресурсов. При условии сохранения нынешних темпов угледобычи в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке обеспеченность балансовыми запасами составит более тысячи лет. Регионы Восточной Сибири и Дальнего Востока совместно с Кузнецким угольным бассейном являются основной сырьевой базой угольной промышленности России как в настоящее время, так и на отдаленную перспективу. Для наиболее эффективного открытого способа угледобычи здесь пригодно более 60 % балансо-
НА ТЕРРИТОРИИ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОКРУГА ВЫЯВЛЕНО И ИЗУЧЕНО 17 УГОЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ,
В ТОМ ЧИСЛЕ ЛЕНСКИЙ, ЮЖНО-ЯКУТСКИЙ, ТУНГУССКИЙ, БУРЕИНСКИЙ И РЯД ДРУГИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ БАЛАНСОВЫХ ЗАПАСОВ ОКРУГА ПРЕДСТАВЛЕНА БУРЫМИ УГЛЯМИ, СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ В ОСНОВНОМ В РЕСПУБЛИКЕ САХА, ПРИМОРСКОМ КРАЕ,
В АМУРСКОЙ И САХАЛИНСКОЙ ОБЛАСТЯХ
вых запасов. По категориям А + В + С1 балансовые запасы углей по восточным регионам страны составляют 80 564,1 млн т, в том числе в Восточной Сибири 61 113 млн т, на Дальнем Востоке 19 451,1 млн т.
Наиболее благоприятные для отработки бурые угли сосредоточены в Канско-Ачинском бассейне, на месторождениях Иркутской и Читинской областей. На территории Восточной Сибири расположены: основная часть Таймырского, Тунгусского и Канско-Ачинского бассейнов, Иркутский бассейн, а также угольные месторождения Забайкалья. Большинство месторождений Восточной Сибири отличается благоприятными условиями залегания углей: наличием мощных пологих пластов с неглубоким залеганием, что позволяет вести разработку углей наиболее эффективным открытым способом. Запасы углей для открытой добычи сосредоточены в основном в Красноярском крае (80 %), Иркутской (13 %) и Читинской (5 %) областях. Основную часть балансовых запасов категорий А + В + С1 составляют бурые угли.
В Республике Саха (Якутия) геологические запасы бурого угля составляют 4,5 млрд т.
На территории Дальневосточного округа выявлено и изучено 17 угольных бассейнов, в том числе Ленский, Южно-Якутский, Тунгусский, Буреинс-кий и ряд других месторождений. Большая часть балансовых запасов округа представлена бурыми углями, сосредоточенными в основном в Республике Саха, Приморском крае, в Амурской и Сахалинской областях [1-4].
Разведанные и предварительно оцененные запасы угля Камчатского края составляют 275,49 млн т, прогнозные ресурсы - 7,01 млрд т. С различной детальностью изучено 7 месторождений и более десяти углепроявлений [5].
36 ГАЗОХИМИЯ
■ НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.GAZOHIMIYA.RU
ПРОЕКТЫ Щ
Приведенная статистика показывает только более или менее крупные месторождения, кроме того, в этих районах много мелких и средних месторождений регионального значения.
В то же время с целью энергообеспечения жизнедеятельности и функционирования промышленности, например, Республика Саха (Якутия) каждый год завозит с учетом хозяйствующих субъектов 870 тыс. т нефтепродуктов. Для государственных нужд республика завозит 174 тыс. т нефтяного и 25 тыс. т газоконденсатного топлива. Доставка грузов по северному завозу на территорию Крайнего Севера идет с мая по сентябрь. За это время нужно завезти и снабдить отдаленные районы Республики Саха (Якутия) всем необходимым для проживания, в том числе энергоносителями для получения тепла и света на год. На республику приходится около трети всех объемов груза России по северному завозу. На доставку 4 млн т груза тратится не менее 3 млрд руб. ежегодно.
И это в регионе, необыкновенно богатом запасами бурого угля! Конечно, употребление бурого угля как топлива для получения тепловой и электрической энергии весьма слож-
но в тех условиях и создает неоправданную нагрузку на экологию.
Имеет смысл присмотреться к новому направлению в применении бурых углей.
На сегодняшний день во всем мире ведутся интенсивные работы по созданию моторных топлив из альтернативных источников. Важное место в производстве моторных топлив занимает бурый уголь. Эта технология отработана в Германии, в первой половине, а в ЮАР - во второй половине ХХ века. В то время она была неэффективна и не могла конкурировать с производством моторных топлив из нефти при цене последней в 20-30 долларов за баррель. В связи с ростом цен на нефть ученые во многих странах вновь обратили внимание на эту технологию. На сегодня технология модернизирована, а при высоких ценах на нефть стала и весьма рентабельной. Кроме того, рентабельности способствует дешевизна и распространенность основного сырья. Дешевизна сырья объясняется низкими по сравнению с нефтью затратами на добычу (при открытом способе), низким НДПИ, который составляет 4 % от цены продукта. Кроме того, готовится решение об установлении фиксированной ставки в 14 рублей за тонну1.
В 2003 г. в мире было произведено около 20 млн т моторного топлива из бурого угля, а с тех пор интерес к подобным проектам значительно возрос. В настоящее время в Малайзии, США, Катаре, Нигерии и других странах на стадии промышленного проектирования и строительства находится около 50 заводов общей мощностью 300 млн т моторного топлива в год. Существенно, что этим рынком уже заинтересовались многие лидеры мировой нефтегазовой отрасли, в том числе Royal Dutch/Shell, Exxon Mobil и ChevronTexaco [2].
Многие страны, не так богатые нефтью и газом, считают переработку бурых углей весьма перспективным шагом в экономике. Так, Беларусь заинтересована в совместных проектах с ЮАР в области энергетики, в частности по переработке бурых углей в жидкое топливо. Отметим, что белорусские ученые уже активно занимаются проблемами получения технологии по применению отечественных бурых углей в энергетике. Сейчас активно ведутся поиски инвесторов. Белорусская сторона предложила участие в совместном проекте компании Shell, а также Китаю. Китай уже готов инвестировать в технологии по переработке бурых углей 120 млн долларов [3, 4].
1 Для сравнения, НДПИ на нефть составляет около 450 рублей за тонну.
ГАЗОХИМИЯ 37
Я ПРОЕКТЫ
Необходимо отметить, что весьма высокими темпами продолжаются интенсивные работы в этом направлении. В ЮАР созданы предприятия производительностью до 10 млн т в год синтетического жидкого топлива. Япония строит завод в Индонезии производительностью до 10 млн т в год моторного топлива из угля. В США построен завод по газификации угля с энергообеспечением от атомного реактора Peach-Bottom с тепловой мощностью 115 МВт. Китай приступил к строительству завода производительностью до 5 млн т в год моторного топлива из угля по российской технологии [5, 6].
В Украине ведется интенсивная работа по разработке и внедрению процессов получения синтетических жидких топлив из бурого угля. Участники проводимой по инициативе правительства Украины конференции - ученые Украины и России -предложили широкий выбор технологий преобразования угольной массы в синтетическое жидкое топливо (СЖТ), исходя из характеристик угольной породы, объемов и условий производства, энергозатрат на его получение, а также экологической безопасности [2].
Известно несколько технологий получения моторных топлив из бурого угля:
1. Технология Фишера-Тропша. Это разработанная немецкими учеными технология получения моторных топлив из угля через газификацию угля
ОСНОВНЫМ ПРЕИМУЩЕСТВОМ ПОЛУЧАЕМЫХ ТОПЛИВ ЯВЛЯЕТСЯ ИХ ЧИСТОТА,
БОЛЕЕ ЛЕГКИЙ ЗАПУСК В ХОЛОДНОЕ ВРЕМЯ,
ВЫСОКИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА
(синтез-газ). Она применялась в годы войны в промышленных масштабах. После войны в модифицированном виде используется в Южной Африке, где производят 4 млн т моторных топлив. Эта технология дает ограниченный выход готовой продукции. При испытаниях от органической массы угля было получено 30 % синтетической нефти. Дальнейшая переработка не имела смысла, так как затраты на получение 1 л моторного топлива были неоправданно высоки.
2. Гидрогенизация. Это технология получения моторных топлив из угля в специальной камере большого давления при высокой температуре. В качестве ожижителя выступает водород, который подается специальным устройством в камеру высокого давления. Применение этой технологии обеспечивает максимально возможный выход получения жидкости из угля и более высокое качество этой жидкости. Но здесь имеются проблемы: во-первых, использование высокого давления и водорода весьма опасно для производственного процесса, а во-вторых, само получение водорода является отдельным видом производства, требующим финансирования, так же как и переработка угля.
3. Получение моторных топлив из угля с применением обеих технологий. Суть идеи состоит в получении моторных топлив из бурого угля через газ, ожижение газа с применением химических веществ вместо водоро-
38 ГАЗОХИМИЯ
■ НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.GAZOHIMIYA.RU
ПРОЕКТЫ Щ
да. Основным преимуществом получаемых топлив является их чистота, более легкий запуск в холодное время, высокие экологические качества. Особенность технологии, разработанной иркутскими учеными, позволяет получить продукцию с низкой себестоимостью, высоким выходом готовой продукции. Этот процесс отличается мягкими условиями прове-
дения (атмосферное давление и сравнительно невысокие температуры) и не требует дополнительных капитальных затрат для организации стадии получения углеводородов или синтез-газа [5].
4. Пиролиз. Под пиролизом понимается процесс термической переработки углеродосодержащих ресурсов путем высокотемпературного нагрева без доступа воздуха.
В то же время следует учитывать и определенные ограничения, накладываемые на процессы термической переработки углей. Все они относительно мало селективны, и особенно при переработке наиболее распространенных и дешевых гумусовых углей. В любых вариантах процесса одновременно получаются твердые, газообразные и жидкие продукты сложного состава, в большей мере предопределенного элементным составом исходного угля. Жидкие продукты термической переработки твердых горючих ископаемых содержат большие количества органических соединений, содержащих кислород, азот и серу, и поэтому не могут быть непосредственно использованы в качестве синтетического жидкого
углеводородного топлива. Поэтому термическая переработка угля не может рассматриваться как самостоятельный способ производства искусственных жидких топлив.
5. Получение моторных топлив из угля с применением технологий гидратации. Суть идеи состоит в получении моторных топлив из бурого угля через газ, ожижение газа с применением
химических веществ вместо водорода. Основой химического процессинга стали малоизвестные химические реакции, открытые Марселином Бертло. Уникальное технологическое решение иркутских ученых под руководством к. х. н. О.Н. Новикова позво-
лило получить на пилотной установке собственного производства продукцию с низкой себестоимостью, высоким выходом готовой продукции, где катализаторами ожижения угля является щелочь и водяной пар в стадии газификации. Этот процесс отличается мягкими условиями проведения (атмосферное давление и сравнительно невысокие температуры) и не требует дополнительных капитальных затрат для организации стадии получения углеводородов или синтез-газа. Основным преимуществом получаемых топлив является их чистота, более легкий запуск в холодное время, высокие экологические качества [5, 6].
В процессе работы над улучшением технологии переработки угля украинскими учеными Одесского отделения Инженерной академии наук Украины (А.А. Клименко, А.А. Биенко и др.) было обнаружено новое явление - при определенных условиях взаимодействия бурого угля с реакционной средой бурый уголь из твердого агрегатного состояния переходит в жидкое агрегатное состояние при комнатной температуре и атмосферном давлении, также были установлены граничные условия фазовых переходов.
На основе этого открытия была создана современная, наиболее совершенная и рентабельная технология получения синтетических жидких топлив из бурого угля.
Эта инновационная технология включает следующие основные стадии: ожижение, очистку и плазмохимический каталитический крекинг.
ПО НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ УГЛЕВОДОРОДНОЕ СЫРЬЕ, В ОТЛИЧИЕ ОТ ТРАДИЦИОННОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ПРОЦЕССА, ПЕРЕРАБАТЫВАЕТСЯ В ОДНУ СТАДИЮ. НА ВЫХОДЕ ПОЛУЧАЮТ НИЗКООКТАНОВЫЙ БЕНЗИН, ВЫСОКООКТАНОВЫЙ БЕНЗИН, ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО И ЖИДКОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
ГАЗОХИМИЯ 39
Я ПРОЕКТЫ
ДЛЯ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ СОЗДАН СПЕЦИАЛЬНЫЙ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КАТАЛИЗАТОР, ПОЗВОЛЯЮЩИЙ В ОДНУ СТАДИЮ ПРИ ОДНОМ ПРОХОДЕ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ ПРОВОДИТЬ ДО ЧЕТЫРЕХ РЕАКЦИЙ ОДНОВРЕМЕННО
Группа ученых, работающих в области физики разрядных явлений, создала принципиально новую плазмохимическую технологию переработки жидкого бурого угля. В основу новой технологии заложены результаты фундаментальных научных исследований свойств плотной плазмы, позволившие обеспечить максимальную концентрацию электрофизического воздействия на объект обработки.
По новой технологии углеводородное сырье, в отличие от традиционного многоступенчатого процесса, перерабатывается в одну стадию. На выходе получают низкооктановый бензин, высокооктановый бензин, дизельное топливо и жидкое топливо для энергетических установок.
Переработка углеводородного сырья осуществляется в плазмохимическом реакторе, который представляет собой стальной вертикальный аппарат колонного типа. В корпусе реактора размещен стационарный слой катализатора необходимой высоты. Очищенное и подготовленное углеводородное сырье при комнатной температуре равномерно подается в колонну снизу. В колонну сверху подается мощный поток микроволнового излучения. В объеме катализатора генерируется микроволновая плотная плазма, катализатор и реагент разогреваются до рабочей температуры, в слое катализато-
ра осуществляется каталитический крекинг углеводородного сырья и другие реакционные превращения. В верхнюю зону колонны поступает катализат в газообразном виде, который выводится из колонны и подается на последующую стадию приготовления топлива.
Для плазмохимической технологии переработки углеводородного сырья создан специальный полифункциональный катализатор, позволяющий в одну стадию при одном проходе углеводородного сырья проводить до четырех реакций одновременно. При проведении процесса не требуется применение водорода.
Себестоимость синтетического жидкого топлива, производимого из бурого угля, гораздо ниже, чем себестоимость жидкого топлива, получаемого из нефтяного сырья.
Главным преимуществом плазмохимической технологии переработки углеводородного сырья, безусловно, является предоставляемая ею воз-
можность получения в экономически рентабельных условиях моторных топлив из альтернативного нефти твердого органического сырья - бурого угля.
Моторные топлива (бензин, дизельное топливо), полученные из бурого угля, по физико-химическим свойствам аналогичны моторным топливам, производимым из нефтяного сырья. Сжигание этих топлив в двигателях внутреннего сгорания не требует модификации двигателей.
Плазмохимическая технология переработки углеводородного сырья по совокупности параметров не имеет мировых аналогов.
Основные технологические процессы инновационной технологии исследованы и испытаны на пилотных установках [7]. Таким образом, эта технология достаточно хорошо изучена и реально работает. Ее использование способствует созданию промышленных установок различного объема переработки.
40 ГАЗОХИМИЯ
■ НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.GAZOHIMIYA.RU
ПРОЕКТЫ Щ
Сегодня становится возможным и экономически обоснованным создание модульных установок по получению моторных топлив из бурых углей. Установки в модульном исполнении производительностью 50-100 тыс. т нефтепродуктов в год могли бы решить вопрос обеспечения синтез-газом, ГСМ, метанолом стартовых работ по поиску и разведке новых газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений в труднодоступных регионах, богатых запасами бурого угля, что соответствует концепции ОАО «Газпром» по наращиванию ресурсной базы за счет развертывания работ в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке.
Внедрение этого инновационного проекта позволит решить такие вопросы, как обеспечение моторными топливами двигателей внутреннего сгорания для местного населения и промышленности, получение продукции с высокой добавочной стои-
мостью, повышение энергетической безопасности жилых поселков, создание новых рабочих мест, поступление значительных сумм денежных средств в виде налогов в местные бюджеты еще до начала промышленной добычи газа.
Кроме того, из модульных установок можно собирать производства необходимой мощности и для других регионов, богатых углем, но находящихся вдали от газотранспортных сетей, что сделает реальным газоснабжение находящихся там населенных пунктов и промышленности.
Сделав решительный шаг вперед по снижению нагрузки на свою экономику, связанную с освоением труднодоступных регионов,
ОАО «Газпром» создаст новую инновационную отрасль производства моторных топлив из наиболее распространенного в мире сырья во исполнение формирующейся государственной программы по глубокой переработке угля в жидкое моторное топливо, согласно поручению заместителя председателя Правительства Российской Федерации И. Сечина № ИС-П9-6769 от 30 сентября 2010 г. [8].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Стратегическая цель ОАО «Газпром». http://www.gazprom.ru/about/
2. Рычик В. Буроугольная экономика // Уголь, 2007. - 5.
3. Синтетическое топливо. http://www.nestor.minsk.by/sn/2007/25/sn72516.html http://www.nestor.minsk.by/sn/2007/25/sn72516.html
4. Лельчицкий бурый уголь - синтетическое топливо. http://lelcity.com/publ/2-1-0-20
5. Новиков О.Н., Михайлов Г.Е. На Севере экономике можно опереться на бурый уголь http://www.uglehim.yakp.ru/page3.html5
6. Михайлов Г.Е., Тимофеев А.А. Современные технологии переработки угля в условиях Cевера. http://igooeg.ru/content/view/178/2 /16.12. 2008.
7. Клименко А.А., Биенко В.Д. Плазмохимическая технология производства синтетического жидкого топлива из бурого угля.
http:// ac.org.ua/predl.htm eng
8. Протокол совещания у заместителя председателя Правительства Российской Федерации И.И.Сечина. http://www.rosugol.ru/upload/pdf/protocol_2.pdf
9. Государственный доклад «О состоянии и использовании минеральносырьевых ресурсов Российской Федерации в 2003 году». - М.: ФГУНПП «Аэрогеология», 2004. - 246 с.
10. Минерально-сырьевая база топливно-энергетического комплекса России. Состояние и прогноз: Монография. - М.,
2004. - 548 с.
11. Программа создания в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке единой системы добычи, транспортировки газа и газоснабжения с учетом возможного экспорта газа на рынки Китая и других стран Азиатско-Тихоокеанского региона. http://gasforum.ru/dokumenty/1948/
12. Ресурсная база угольной промышленности Восточной Сибири и Дальнего Востока, оценка объемов добычи угля. http://gasforum.ru/dokumenty/1873/
13. Инвестиционный паспорт Камчатского края. http://www.kamchatka.gov.ru/?cont=oiv_din&menu=4&menu2 =0&id=200&oiv_id=1661
14. Гнездилов Е.А., Жуков А.В., Яковлев А. Экономическая эффективность организации производства синтетического топлива на основе химической переработки угольного минерального сырья в условиях Дальневосточного региона // Фундаментальные исследования / РАЕН, 2007. - № 12. - Ч. 2. -С. 342-344.
ГАЗОХИМИЯ 41
