CC BY
64і ХРОНОГРАФ
Одна из великих побед техники
А.Д. Седых, к.т.н., заслуженный работник нефтяной и газовой промышленности
Идея подземной газификации каменного угля принадлежит великому русскому ученому Д.И. Менделееву и, судя по его записным книжкам, впервые зародилась у него в начале 8о-х гг. XIX в. Д.И. Менделеев записал, что достаточно поджечь уголь под землей, превратить его в светильный, генераторный или водяной газ и отвести его по трубам из бумаги, пропитанной смолой и обвитой проволокой.
В 1888 г., обобщая свои труды по исследованию каменноугольных богатств Донбасса, в статье «Будущая сила, покоящаяся на берегах Донца» Д.И. Менделеев писал: «Настанет, вероятно, со временем далее такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, а там, в земле, его сумеют превращать в горючие газы, и их по
трубам будут распределять на далекие расстояния».
В конце 90-х гг. Д.И. Менделееву пришлось участвовать в исследовании подземных пожаров, возникавших от самовозгорания угля на Урале. Исследования эти помогли ему в 1899 г. сформулировать весьма важные выводы о сущности химического процесса подземной газифи-
кации угля как о наиболее рациональном методе промышленной организации этого процесса. Д.И. Менделеев писал: «По поводу этих пожаров каменноугольных пластов мне кажется, что ими можно пользоваться, управляя ими и направляя дело так, чтобы горение происходило, как в генераторе, т.е. при малом доступе воздуха. Тогда должна происходить окись углерода, и в пласте должен получиться воздушный или генераторный газ».
В труде «Учение о промышленности», вышедшем в 1900 г., Д.И. Менделеев придает особое значение сочетанию газификации углей и элек-
70 ГАЗОХИМИЯ I сентябрь-октябрь 2008 года
ХРОНОГРАФ
трификации. Он особенно подчеркивает важность этого дела для Москвы, предлагая посредством подземного газа «получать электрический ток около копей и проводить его до Москвы».
Принципиальные положения Д.И. Менделеева о сущности процесса подземной газификации углей и методе промышленной организации этого процесса и управления им легли в основу всей последующей научной и практической работы в этой области вплоть до середины 60-х гг. XX в.
Через четверть века после первого выступления в печати Д.И. Менделеева с идеей подземной газификации углей в Англии в газете «Таймс» от 26 марта и 7 июня 1912 г. с этой же идеей выступил английский химик Вильям Рамсэй. Перед Первой мировой войной он начал подготовку опытной панели для подземной газификации угля, но ему не пришлось довести это дело до конца. В.И. Ленин в статье «Одна из великих побед техники», напечатанной в газете «Правда» 21 апреля (4 мая) 1913 г., указал на техническое и социальное значение подземной газификации угля и раскрыл возможные последствия этого переворота в технике. Подземная газификация и на ее базе электрификация «всех фабрик и железных дорог сделает условия труда более гигиеничными, избавит миллионы рабочих от дыма, пыли и грязи, ускорит превращение грязных отвратительных мастерских в чистые, светлые, достойные человека лаборатории...».
Работы по осуществлению идеи Д.И. Менделеева в СССР были начаты в годы довоенных пятилеток.
В 1928 г. начинает реализовываться идея подземной газификации углей, высказанная Д.И. Менделеевым в 80-х гг. XIX в. Широким фронтом развертываются научные и экспериментальные работы. В начале 30х гг. начинают сооружаться первые опытные станции подземной газификации углей.
Прежде всего, нужно было создать способ газификации угля непосредственно в пласте, затем необходимо было освоить процесс производства газа подземной газификации углей в промышленных масштабах в различных геологических условиях, в частности в Донбассе, Подмосковном бассейне, Кузбассе. Кроме того, необходимо было доказать, что подземная газификация углей может дать газ такого качества, ко-
торый позволит заменить уголь как топливо и как технологическое сырье. И в нашей стране в 30 и 60-е гг. прошлого столетия была доказана возможность получения энергетического газа, который по своим теплотехническим свойствам превосходит любой уголь при применении его как топлива.
В 1928 г. была начата работа над первым проектом подземной газификации угля. В 1930 г. он был закончен и представлен на рассмотрение Научно-технического совета каменноугольной промышленности. Весной 1931 г. ЦК партии принял решение о проведении опытов подземной газификации в природных условиях. Для руководства опытными работами при Главугле была организована специальная комиссия по подземной газификации углей. В феврале 1932 г. было начато строительство в Донбассе первой шахты для проведения опытов подземной газификации — Лисичанской опытной станции. До окончания ее постройки в апреле 1933 г. на опытной шахте в Подмосковном бассейне на горизонтальном пласте бурого угля средней мощностью в 1,6 м был подготовлен и проведен опыт подземной газификации на нераздробленном угольном целике, давший отрицательные результаты. В 19331934 гг. производились опыты под-
земной газификации антрацита на пластах, раздробленных взрывными снарядами, в Шахтинском районе и бурого угля — на Крутовской шахте в Подмосковье. Газ, полученный при этих опытах, был низкокалорийным. В феврале 1934 г. было закончено строительство Лисичанской опытной станции и заложена опытная панель № 1, из которой в июле того же года в течение 12 суток через одну из скважин, пробуренных с поверхности, выводился газ с теплотворной способностью около 1400 ккал/м3.
В середине 1933 г. Подземгаз, в задачу которого входило объединение руководства проектными, экспериментальными и научно-исследовательскими работами по подземной газификации углей, организовал
конкурс на разработку новых методов подземной газификации, и в мае 1934 г. был представлен проект подземной газификации угля в целике, разработанный группой работников Донецкого углехимического института во главе с ВА Матвеевым.
Авторами был разработан так называемый поточный метод газификации, сущность которого заключается в том, что процесс газификации угля осуществлялся не в его порах и трещинах, а в специальных каналах газификации. Одной из важных особенностей этого метода газификации является возможность реверсивного его осуществления, т.е. при перемене направления движения дутья и газа по каналу газификации его химико-технологическая сущность не меняется. На основе разработанного этой группой метода подземной газификации была построена Горловская станция. После производства серии опытов (1935-1936 гг.) поточный метод подземной газификации угля был испытан на этой станции в полупромышленных условиях (1937-1941 гг.), причем в течение нескольких месяцев на воздушном дутье получался газ с теплотворной способностью от 900 до 1100 ккал/м3. Здесь же впервые был проведен опыт подземной газификации угля на дутье, обогащенном кислородом.
В 1934 г. на Лисичанской станции группой работников под руководством И.П. Кириченко велись сначала в лабораториях, а затем в естественных условиях опыты газификации угля в целике. На основании этих опытов был разработан метод газификации угля в целике. При этом на воздушном дутье получался газ калорийностью от 800 до 1200 кал/м3, а при раздельном воздушно-паровом дутье в периоды подачи пара получался водяной газ с теплотворностью до 2500 ккал/м3. Примерный состав газа при воздушном дутье следующий: 10-13% СО2; 0,2-0,4% О2; 3-8% СО; 58% Н2; 5-7% СН4.
К середине 1936 г. горючий газ был получен на всех без исключения опытных станциях, и было на-
В 1928 г. была начата работа над первым проектом подземной газификации угля. В 1930 г. он был закончен и представлен на рассмотрение Научно-технического совета каменноугольной промышленности____________________________
сентябрь-октябрь 2008 года I ГАЗОХИМИЯ 71
і ХРОНОГРАФ
чато проектирование и строительство полупромышленных и промышленных предприятий.
Большое участие в научных исследованиях в области подземной газификации углей, начиная с 1933 г., приняла Академия наук СССР В результате объединения усилий научных работников и работников промышленности к концу 1937 г. были достигнуты следующие ре-
зультаты. Найден и экспериментально проверен ряд методов подземной газификации угля; освоены приемы управления процессом подземной газификации; разработан и проверен ряд конструкций; получаемый газ длительные сроки подавался на предприятия и находил промышленное применение.
Для обобщения больших опытных и исследовательских материалов,
накопившихся в области подземной газификации углей, с 20 по 25 ноября 1938 г. при Наркомтяжпроме было проведено 1-е Всесоюзное научно-техническое совещание по подземной газификации углей, где были подытожены проведенные работы и намечены пути дальнейшего развития этого важного дела.
Среди опытных и полупромышленных станций подземной газификации, действовавших тогда, большинство принадлежало к станциям, осуществлявшим газификацию шахтным способом. Академик А.М. Терпигорев так формулировал итоги этого совещания в части важнейшего вопроса о наиболее эффективном методе подземной газификации: «Весьма
большая задача — это переход к бесшахтному способу подземной газификации. Шахтный способ газификации в данный момент по удельному значению является превалирующим. Несмотря на это, следует все же концентрировать внимание на овладении бесшахтным способом, потому что только он разрешит вопросы подземной газификации, а не сложный, дорогой, медленный и весьма трудоемкий шахтный способ».
В конце 1938 г. и в I квартале 1939 г. группой научных работников Энергетического института Академии наук СССР был разработан один из бесшахтных методов подземной газификации углей.
Метод этот был назван авторами «методом фильтрации и естественных скважин» и заключался в том, что до угольного пласта с поверхности бурились скважины, концентрически расположенные вокруг центральной скважины, которые обсаживались двумя трубами разных диаметров — для подачи дутья и вывода (по межтрубному пространству) газа на поверхность.
В 1939 г. работники Энергетического института АН СССР член-корреспондент АН А.Б. Чернышев, Н.В. Лавров, РН. Питин и И.Л. Фарберов усовершенствовали бесшахтный метод подземной газификации подмосковных углей, назвав его «фильтрационным методом». Этот метод подземной газификации углей выгодно отличался от ранее применявшихся. За 1936-1941 гг. были построены и введены в эксплуатацию несколько станций подземной газификации полупромышленного и промышленного типа в Донбассе и Подмосковье.
72 ГАЗОХИМИЯ I сентябрь-октябрь 2008 года
ХРОНОГРАФ
Вторжение немецко-фашистских войск на территорию Донбасса и Подмосковья прервало начавшую налаживаться работу предприятий подземной газификации углей. После освобождения территории Подмосковья и Донбасса от фашистских войск опыты по подземной газификации углей в промышленных условиях были продолжены и значительно расширены.
Послевоенное развитие подземной газификации углей в СССР тесным образом связано с дальнейшим развитием теоретических, экспериментальных и опытных работ. В этот период особую роль сыграл специально созданный в 1949 г. институт «ВНИИПодземгаз», научноисследовательскими работами которого было обеспечено дальнейшее развитие теоретических, экспериментальных и опытных работ по проблемам подземной газификации углей. В 1950-1960 гг. были построены несколько станций подземной газификации, Щекинский завод по газификации подмосковных углей, газопровод Щекино — Москва, по которому подавалось более 600 тыс. м3 искусственного газа вплоть до 1963 г. Производство искусственного газа в нашей стране в этот период более чем удвоилось и достигло к концу 1960 г. почти 2,0 млрд м3 в год.
Если пытаться вводить известную периодизацию в развитие подземной газификации углей в СССР, то 1927-1937 гг. (т.е., по существу, две довоенные пятилетки) были периодом разработки технических приемов подземной газификации и проведения большого числа экспериментальных и опытных работ как в лабораториях — на моделях, так и в естественных условиях — на опытных станциях.
С третьей пятилетки начинается второй период в развитии подземной газификации углей, продолжавшийся до начала 60-х гг. прошлого столетия и характеризовавшийся все более широким освоением промышленных методов производства газа и его использования.
Работы по подземной газификации углей в нашей стране преследовали не только экономические цели, но были направлены и на решение важной социальной задачи — уменьшение применения подземного труда при угледобыче и создание лучших условий труда в промышленности за счет всемерной замены угля газом. Подземная газификация углей как бы объединяла в себе
два производственных процесса, обычно осуществляемых раздельно, а именно: добычу угля, производимую шахтами или карьерами, и его газификацию, выполнявшуюся на газовых заводах. К 1960 г. на станциях Подземгаза было выработано более 5,3 млрд м3 газа, созданы способы управления процессом, обучены коллективы инженеров и рабочих. Наибольший объем работ по созданию станций подземной газификации приходится на 19521958 гг., что явилось прямым следствием деятельности института ВНИИПодземгаз.
По примеру нашей страны США, Англия, Франция и другие страны с 1946 г. начали заниматься практическими работами в области подземной газификации углей. Эти работы проводились в Бельгии, Франции, Италии, США и Англии. В некоторых работах отмечалось, что «подземная газификация в состоянии конкурировать с обычными методами добычи угля и природного газа» (Power Engineering. — 1950. — № 5. P 101-102).
Но, несмотря на полученные отдельные интересные приемы в технологии подземной газификации, ни в одной зарубежной стране этот процесс не был организован даже в полупромышленном масштабе.
Изучая достигнутые в нашей стране технологии подземной газификации углей, невольно приходишь к мысли, что многие из них с определенной модернизацией мо-
гут быть успешно применены для извлечения шахтного метана с достаточно высоким уровнем рентабельности. Нынешнему поколению, широко пользующемуся всеми благами использования природного газа в быту, в производстве электрической и тепловой энергии, в промышленности, в химическом производстве, а тем более будущему поколению трудно себе представить, почему наша страна в течение более трех десятилетий, начиная с 1928 г., упорно ориентировалась на развитие производства искусственных газов.
Ведь к началу этих работ в нашей стране в США добыча газа уже составляла более 50 млрд м3 в год; в течение следующих трех десятилетий производство газа в США увеличилось до 427 млрд м3 в год. Объяснение этому заключается в том, что в нашей стране не было открыто серьезных месторождений природного газа. В то время на карте страны насчитывалось всего четыре мелких месторождения. Геологоразведочные работы не велись
целенаправленно, что было следствием того, что многие выдающиеся ученые-геологи подверглись репрессиям. Все это в конечном итоге и привело к отставанию нашей страны в развитии газовой промышленности от США на 50 с лишним лет. Только в середине 80-х гг. прошлого столетия по уровню производства природного газа наша страна превзошла США.
сентябрь-октябрь 2008 года I ГАЗОХИМИЯ 73
