Нужны ли Украине заводы по газификации угля, или Как избавиться от газовой зависимости

В июле 2012 г. Министерство энергетики и угольной промышленности Украины и Госбанк развития Китая подписали соглашение об открытии кредитной линии на сумму 3,656 млрд долл. для реализации программы замещения потребления природного газа украинским углем. Подобная постановка вопроса может вызвать удивление, поскольку в нашей стране уже осуществляются значительные мероприятия по замене природного газа углем, прежде всего в металлургии и строительной индустрии (украинские цементные заводы переведены на сжигание пылеугольного топлива). Обсуждается возможность перевода некоторых ТЭЦ, использующих природный газ, на сжигание угольного топлива. Зачем для этого нужны еще и баснословные китайские кредиты? Оказывается, что в рамках программы предполагается строительство заводов по газификации бурого и каменного угля с использованием китайских технологий для производства синтетического природного газа. По-видимому, имеется в виду применение оборудования, изготовляемого в Китае, а технологии - это известные процессы газификации угля, например, таких фирм, как Siemens, Shell, Lurgi, поставляющих свое оборудование в Китай.

По данным Статистического обзора мировой энергетики, опубликованного в 2011 г. British Petroleum, Китай является абсолютным лидером по добыче угля на планете. В 2011-м здесь было добыто 3520 млн т угля, что составляет 49,5% всей мировой добычи. Это в значительной мере стимулирует использование в Китае угля в энергетике, металлургии, других отраслях промышленности, а также для получения синтез-газа при производстве химической продукции (аммиака, метанола, минеральных удобрений) и синтетического природного газа. В Поднебесной уже эксплуатируют пять газификаторов Siemens тепловой мощностью по 500 МВт. К концу 2014 г. на заводе по газификации угля в провинции Синьцзян планируется пуск восьми таких же газификаторов. Здесь будет перерабатываться в синтез-газ добываемый в этой провинции суббитуминозный уголь с последующей его очисткой, десульфуризацией и метанированием (об этом ниже) с преобразованием в природный газ.

Возможность производства синтетического природного газа вызывает в Китае значительный интерес, власти этой страны инициируют строительство девяти крупных заводов по производству более 37 млрд кубометров газа в год, что составляет около 40% от его собственной добычи (по состоянию на 2011 г.).

Ожидается, что реализация в Украине обсуждаемого проекта позволит ежегодно производить 4 млрд кубометров синтетического природного газа из 10 млн т угля. Известны также оптимистические заявления об использовании синтез-газа, полученного парокислородной газификацией украинских углей (именно об этом процессе идет речь), для производства минеральных удобрений и моторных топлив (синтезом по Фишеру-Тропшу).

ЮАР - единственный пример успешного использования парокислородной газификации

Для оценки сложившейся ситуации совершим небольшой исторический экскурс. Началом промышленной газовой эры на планете без особой погрешности можно считать 50-е годы прошлого столетия. Например, такой показатель, как удельный вес угля и продуктов его переработки в сырьевой базе мировой азотной промышленности, в 1949 г. составлял 69%, а уже в 1959-м снизился до 41%. Знаменательно, что именно в 1949 г. был основан Институт использования газа в коммунальном хозяйстве и промышленности АН УССР (сейчас Институт газа НАН Украины). Институт должен был решать общие проблемы газоснабжения и газоиспользования в связи с быстрым развитием в конце 40-х годов газодобывающей промышленности, строительством и эксплуатацией магистральных газопроводов, использованием газа в качестве топлива и сырья во многих отраслях производства.

Что касается угля, то за истекшие более чем 60 лет можно назвать, пожалуй, единственный весомый пример его использования в промышленности для производства синтетических продуктов - это комплексы Sasol в ЮАР для производства минеральных удобрений и моторных топлив (по Фишеру-Тропшу) на базе парокислородной газификации (процесс Koppers-Totzek) на местном полубитуминозном угле. Здесь также более 20 лет эксплуатировался комплекс по производству природного газа из угля, сочетающий его газификацию под давлением (процесс Lurgi) с метанированием. Создание указанных комплексов было вынужденным в связи с эмбарго на нефть для этой страны. После отмены эмбарго в ЮАР предпринимались активные попытки продать технологическое оборудование в другие страны, а в комплексе Sasol-7 уже использовался природный газ из Мозамбика.

Следует упомянуть об интенсивных исследованиях и разработках по созданию новых процессов получения заменителя природного газа и синтетических продуктов из угля в 70-х годах, что было вызвано нефтяными кризисами. Однако кризисы миновали, и интерес к указанным разработкам как к коммерчески непривлекательным упал.

Для Китая синтез-газ -
спасение, хоть и временное

Другим крупным "островом" потребления и переработки угля является по указанным выше причинам Китай. Интенсивное развитие производств по получению синтетического природного газа в этой стране вызвано острой необходимостью его использования в энергоснабжении, прежде всего, больших городов. В крупных китайских городах, а целый ряд из них - это округа-мегаполисы с населением 15–20 млн и больше жителей, уголь является единственным топливом ТЭЦ. Кислотные дожди здесь давно не редкость, выбросы соединений серы и наличие в атмосфере оксидов азота негативно влияют на здоровье населения, снижают темпы экономического роста. В связи с этим примечателен тот факт, что летом 2008 г. многочисленные угольные электростанции, находящиеся в непосредственной близости от объектов летних Олимпийских игр, были остановлены за 30 дней до начала игр и на все время состязаний. Автору этих строк в октябре прошлого года приходилось наблюдать смог в Харбине. Население города, среди которого много студентов, вынуждено было пользоваться масками, спасаясь от газообразных выбросов местных угольных ТЭЦ.

Учитывая масштабы угольной энергетики Китая, реализация в этой стране методов снижения выбросов соединений серы и азота потребует значительных затрат. Эти проблемы решаются при переводе ТЭЦ с твердого топлива на газообразное. Таким образом, для Китая добыча природного газа, его импорт (газопроводом из Туркменистана, сжиженного газа из Австралии) и производство синтетического газа из угля являются жизненно важной задачей.

У Украины есть более эффективные способы энергообеспечения,
чем синтез-газ

Несколько иная ситуация складывается в Украине. Экология наших крупных городов в меньшей мере страдает от эксплуатации ТЭЦ, чем от других факторов, прежде всего автотранспорта, поскольку городская теплоэнергетика работает преимущественно на природном газе. У нас другая глобальная проблема - энергетическая безопасность страны. Украина как крупный потребитель природного газа импортирует его только с территории РФ, что и определяет низкий уровень нашей энергетической безопасности. К сожалению, реалии сегодняшнего дня усугубляют ситуацию.

Кардинально решить эту проблему можно двумя путями. Первый - это снижение энергоемкости валового национального продукта (как известно, крайне высокой) за счет проведения энергосберегающих мероприятий: реконструкции существующего оборудования, усовершенствования используемых технологий, а также внедрения новых энергосберегающих технологических процессов. Согласно оценке, проведенной группой сотрудников НАН Украины во главе с академиком И.Карпом, общая экономия природного газа за счет внедрения газосберегающих технологий в горно-металлургическом комплексе, химической промышленности, нефтегазовом комплексе, энергетике, производстве цемента и в металлообработке может составить около 15 млрд кубометров.

Второй путь - это увеличение собственной добычи природного газа, к чему можно отнести и получение синтетического газа из угля. В этом случае, если говорить, например, о пылеугольной парокислородной газификации Siemens, в нашей стране придется создавать производственные комплексы, состоящие из блоков доставки и хранения угля, дробления и размола с получением угольной пыли размером менее 500 микрон, блока разделения воздуха для получения технологического кислорода, блока получения технологического пара, парокислородной газификации угля под давлением 40 атм. и при температуре 1300–1650°С, системы шлакоудаления и гранулирования шлака, каталитической очистки синтез-газа с образованием углекислого газа и сероводорода, отмывки сероводорода, отмывки углекислого газа, системы очистки загрязненной воды и, наконец, блока метанирования синтез-газа. Вот такие комплексы или подобные им придется создать для получения 4 млрд кубометров метана.

Несколько слов о метанировании. В основе этого процесса - реакция окиси углерода и водорода в соотношении 1:3 в диапазоне температур 200–370°С на катализаторе с получением метана как конечного продукта. Реакция протекает с тепловыделением, которое особенно активно на начальной стадии процесса и требует соблюдения мер предосторожности. Этот процесс наиболее широко применяется в производстве аммиака для удаления небольших количеств оксидов углерода (не более 2%). Что касается осуществления масштабного метанирования синтез-газа с получением значительных количеств метана, то этот процесс находится в стадии усиленной разработки. У него есть своя специфика, вызванная разным соотношением "окись углерода - водород" в зависимости от марки исходного угля и технологии процесса газификации. Автору не известны примеры промышленного применения процесса метанирования синтез-газа, кроме упоминавшегося комплекса с газификатором Lurgi в ЮАР.

Не менее дорогостоящей окажется и газификация угля для производства аммиака и нефтепродуктов. В принципе можно, но зачем?

В заключение отметим: остается не ясным, какое оборудование входит в комплект поставки по контракту для строительства газовых заводов. Если все ограничивается только поставкой китайских газификаторов… то комментарии излишни. И еще. Переработка угля всегда сопровождается ухудшением экологической обстановки. Этого можно избежать, но какой ценой!

Увеличение собственной добычи природного газа

В Украине в течение двух лет (с 1968-го по 1970 г. включительно) добыча газа возросла с 20 до 50 млрд кубометров, а в 70-е годы достигла 65–70 млрд. И все это, по утверждению академика НАН Украины А.Лукина, благодаря освоению углеводородного потенциала глубин в интервале 4,5–6,5 км.

По эффективности освоения разведанных запасов больших глубин Украина занимала одно из первых мест в мире. Максимальный дебит отдельных скважин достигал 2–2,5 млн кубометров газа в сутки. На пяти-шести таких скважинах можно было бы получить более 4 млрд кубометров природного газа, или тот
объем, который могут обеспечить несколько заводов по газификации угля - технологически сложные и экологически опасные промышленные комплексы.

Потребление нефти и природного газа в мире неуклонно возрастает, и нет оснований ожидать изменения этой ситуации, по крайней мере, до конца нынешнего столетия, которое можно назвать веком газа с ожидаемым максимумом газодобычи в 2015–2030 гг. Сейчас в трех регионах Украины известны более 400 месторождений (из них 3 гигантских и 27 больших). Недавно одна газодобывающая компания на открытом еще в 80-х годах газоконденсатном месторождении (продуктивный интервал 5500–6200 м) пробурила скважину глубиной 6534 м и успешно добывает газ с конденсатом с суточным дебитом более 1 млн кубометров.

По утверждению А.Лукина, успешное освоение углеводородного потенциала больших глубин в пределах центрального сегмента Донецко-Днепровской впадины позволит в ближайшие годы существенно (на 20–25 млрд кубометров) повысить добычу газа. А затем перейти к планомерному осуществлению и других направлений поисково-разведывательных работ, что в перспективе полностью обеспечит потребности Украины в природном газе.

Разумеется, для осуществления глубокого бурения в Украине нужны соответствующие инвестиции и привлечение компаний, имеющих значительный опыт бурения и проявляющих интерес к углеводородному потенциалу больших глубин. Вот здесь и нужны кредиты.

Однако, обретя независимость, Украина полностью прекратила глубокое бурение, что привело к обвальному падению добычи газа и газового конденсата с общеизвестными последствиями.