Чи потрібні Україні заводи з газифікації вугілля, або Як позбутися газової залежності

У липні 2012 р. Міністерство енергетики та вугільної промисловості України і Держбанк розвитку Китаю підписали угоду про відкриття кредитної лінії на суму 3,656 млрд дол. для реалізації програми заміщення споживання природного газу українським вугіллям. Така постановка питання може викликати подив, оскільки в нашій країні вже здійснюються значні заходи із заміни природного газу вугіллям, насамперед у металургії та будівельній індустрії (українські цементні заводи переведено на спалювання пиловугільного палива). Обговорюється можливість переведення деяких ТЕЦ, які використовують природний газ, на спалювання вугільного палива. Навіщо для цього потрібні ще й чималі китайські кредити? Виявляється, що в рамках програми передбачається будівництво заводів з газифікації бурого і кам'яного вугілля з використанням китайських технологій для виробництва синтетичного природного газу. Очевидно, мається на увазі застосування обладнання, виготовленого в Китаї, а технології - це відомі процеси газифікації вугілля, наприклад, таких фірм, як Siemens, Shell, Lurgi, що поставляють своє обладнання в Китай.

За даними Статистичного огляду світової енергетики, опублікованого 2011 р. British Petroleum, Китай є абсолютним лідером з видобутку вугілля на планеті. 2011-го тут було видобуто 3520 млн т вугілля, що становить 49,5% усього світового видобутку. Це значною мірою стимулює використання в Китаї вугілля в енергетиці, металургії, інших галузях промисловості, а також для одержання синтез-газу при виробництві хімічної продукції (аміаку, метанолу, мінеральних добрив) і синтетичного природного газу. У Піднебесній уже експлуатують п'ять газифікаторів Siemens тепловою потужністю по 500 МВт. До кінця 2014 р. на заводі з газифікації вугілля в провінції Синьцзян планується пуск восьми таких самих газифікаторів. Тут перероблятиметься на синтез-газ суббітумінозне вугілля, яке видобувається в цій провінції, з подальшим його очищенням, десульфуризацією та метануванням (про це нижче) з перетворенням на природний газ.

Можливість виробництва синтетичного природного газу викликає у Китаї значний інтерес, влада цієї країни ініціює будівництво дев'яти великих заводів з виробництва більш як 37 млрд кубометрів газу на рік, що становить близько 40% від його власного видобутку (станом на 2011 р.).

Очікується, що реалізація в Україні обговорюваного проекту дасть змогу щороку виробляти 4 млрд кубометрів синтетичного природного газу з 10 млн т вугілля. Відомі також оптимістичні заяви про використання синтез-газу, отриманого парокисневою газифікацією українського вугілля (саме про цей процес ідеться), для виробництва мінеральних добрив і моторних палив (синтезом за Фішером-Тропшем).

ПАР - єдиний приклад успішного використання парокисневої газифікації

Для оцінки нинішньої ситуації зробимо невеликий історичний екскурс. Початком промислової газової ери на планеті без особливої помилки можна вважати 50-ті роки минулого століття. Наприклад, такий показник, як питома вага вугілля і продуктів його переробки в сировинній базі світової азотної промисловості, в
1949 р. становив 69%, а вже 1959-го знизився до 41%. Примітно, що саме у 1949 р. було засновано Інститут використання газу в комунальному господарстві і промисловості АН УРСР (нині Інститут газу НАН України). Інститут повинен був вирішувати загальні проблеми газопостачання і газовикористання у зв'язку зі швидким розвитком наприкінці 40-х років газодобувної промисловості, будівництвом та експлуатацією магістральних газопроводів, використанням газу як палива і сировини в багатьох галузях виробництва.

Що стосується вугілля, то за більш як 60 років, що минули, можна назвати, мабуть, єдиний вагомий приклад його використання в промисловості для виробництва синтетичних продуктів - це комплекси Sasol у ПАР для виробництва мінеральних добрив і моторних палив (за Фішером-Тропшем) на базі парокисневої газифікації (процес Koppers-Totzek) на місцевому напівбітумінозному вугіллі. Тут також понад 20 років експлуатувався комплекс з виробництва природного газу з вугілля, що поєднує його газифікацію під тиском (процес Lurgi) з метануванням. Створення зазначених комплексів було вимушеним через ембарго на нафту для цієї країни. Після скасування ембарго у ПАР вдавалися до активних спроб продати технологічне обладнання в інші країни, а в комплексі Sasol-7 уже використовувався природний газ із Мозамбіку.

Слід згадати про інтенсивні дослідження і розробки зі створення нових процесів одержання замінника природного газу й синтетичних продуктів з вугілля в 70-х роках, що було спричинено нафтовими кризами. Однак кризи минули, і інтерес до зазначених розробок як до комерційно непривабливих упав.

Для Китаю синтез-газ - порятунок, хоч і тимчасовий

Іншим великим "островом" споживання і переробки вугілля є із зазначених вище причини Китай. Інтенсивний розвиток виробництв з одержання синтетичного природного газу в цій країні зумовлений гострою потребою його використання в енергопостачанні насамперед великих міст. У великих китайських містах, а цілий ряд з них - це округи-мегаполіси з населенням 15–20 млн і більше жителів, вугілля є єдиним паливом ТЕЦ. Кислотні дощі тут давно не рідкість, викиди сполук сірки і наявність в атмосфері оксидів азоту негативно позначаються на здоров'ї населення, знижують темпи економічного зростання. Через це примітним є той факт, що влітку 2008 р. численні вугільні електростанції, які розміщуються поблизу об'єктів літніх Олімпійських ігор, було зупинено за
30 днів до початку ігор і на весь час змагань. Автору цих рядків у жовтні минулого року довелося спостерігати смог у Харбіні. Населення міста, серед якого багато студентів, змушене було користуватися масками, рятуючись від газоподібних викидів місцевих вугільних ТЕЦ.

Враховуючи масштаби вугільної енергетики Китаю, реалізація в цій країні методів зниження викидів сполук сірки й азоту потребує неабияких витрат. Ці проблеми вирішуються при переведенні ТЕЦ з твердого палива на газоподібне. Таким чином, для Китаю видобуток природного газу, його імпорт (газопроводом з Туркменистану, скрапленого газу з Австралії) і виробництво синтетичного газу з вугілля є життєво важливим завданням.

Україна має більш ефективні способи енергозабезпечення,
ніж синтез-газ

Дещо інша ситуація складається в Україні. Екологія наших великих міст меншою мірою потерпає від експлуатації ТЕЦ, ніж від інших чинників, насамперед автотранспорту, оскільки міська теплоенергетика працює переважно на природному газі. У нас інша глобальна проблема - енергетична безпека країни. Україна як великий споживач природного газу імпортує його тільки з території РФ, що й визначає низький рівень нашої енергетичної безпеки. На жаль, реалії сьогодення погіршують ситуацію.

Кардинально розв'язати цю проблему можна двома шляхами.Перший - це зниження енергоємності валового національного продукту (як відомо, вкрай високої) за рахунок здійснення енергозберігаючих заходів: реконструкції існуючого обладнання, удосконалення використовуваних технологій, а також впровадження нових енергозберігаючих технологічних процесів. Згідно з оцінкою, киконаною групою співробітників НАН України на чолі з академіком І.Карпом, загальна економія природного газу за рахунок впровадження газозберігаючих технологій у гірничо-металургійному комплексі, хімічній промисловості, нафтогазовому комплексі, енергетиці, виробництві цементу і в металообробці може становити близько
15 млрд кубометрів.

Другий шлях - це збільшення власного видобутку природного газу, до чого можна віднести й одержання синтетичного газу з вугілля. У цьому разі, якщо говорити, наприклад, про пиловугільну парокисневу газифікацію Siemens, у нашій країні доведеться створювати виробничі комплекси, які складаються з блоків доставки і зберігання вугілля, дроблення й розмелу з одержанням вугільного пилу розміром менш як 500 мікронів, блоку поділу повітря для одержання технологічного кисню, блоку одержання технологічної пари, парокисневої газифікації вугілля під тиском 40 атм. і при температурі 1300–1650°С, системи шлаковидалення й гранулювання шлаків, каталітичного очищення синтез-газу з утворенням вуглекислого газу і сірководню, відмивання сірководню, відмивання вуглекислого газу, системи очищення забрудненої води і, нарешті, блоку метанування синтез-газу. Отакі комплекси або подібні їм доведеться створити для одержання 4 млрд кубометрів метану.

Кілька слів про метанування. В основі цього процесу - реакція окису вуглецю і водню в співвідношенні 1:3 у діапазоні температур 200–370°С на каталізаторі з одержанням метану як кінцевого продукту. Реакція протікає з тепловиділенням, яке особливо активне на початковій стадії процесу і потребує дотримання запобіжних заходів. Цей процес найширше застосовується у виробництві аміаку для видалення невеликих кількостей оксидів вуглецю (не більш як 2%). Що стосується здійснення масштабного метанування синтез-газу з одержанням значних кількостей метану, то цей процес перебуває в стадії посиленої розробки. У нього є своя специфіка, зумовлена різним співвідношенням "окис вуглецю - водень" залежно від марки вихідного вугілля й технології процесу газифікації. Авторові не відомі приклади промислового застосування процесу метанування синтез-газу, окрім згадуваного комплексу з газифікатором Lurgi у ПАР.

Не менш дорогою буде і газифікація вугілля для виробництва аміаку й нафтопродуктів. У принципі можна, але навіщо?

Насамкінець зазначимо: залишається незрозумілим, яке обладнання входить у комплект поставки за контрактом для будівництва газових заводів. Якщо все обмежується тільки поставкою китайських газифікаторів… то коментарі зайві. І ще. Переробка вугілля завжди супроводжується погіршенням екологічної обстановки. Цього можна уникнути, але якою ціною!

Збільшення власного видобутку природного газу

В Україні протягом двох років (з 1968-го по 1970 р. включно) видобуток газу зріс з 20 до 50 млрд кубометрів, а в 70-х роках досягнув 65–70 млрд. І все це, за твердженням академіка НАН України О.Лукіна, завдяки освоєнню вуглеводневого потенціалу глибин в інтервалі 4,5–6,5 км.

За ефективністю освоєння розвіданих запасів великих глибин Україна посідала одне з перших місць у світі. Максимальний дебіт окремих свердловин досягав 2–2,5 млн кубометрів газу на добу. На п'яти-шести таких свердловинах можна було б одержати понад
4 млрд кубометрів природного газу, або той обсяг, який можуть забезпечити кілька заводів з газифікації вугілля - технологічно складні та екологічно небезпечні промислові комплекси.

Споживання нафти й природного газу у світі неухильно зростає, і немає підстав очікувати зміни цієї ситуації, принаймні до кінця нинішнього століття, яке можна назвати століттям газу з очікуваним максимумом газовидобутку в 2015–2030 рр. На сьогодні у трьох регіонах України відомі більш як 400 родовищ (з них 3 гігантських і 27 великих). Нещодавно одна газодобувна компанія на відкритому ще у 80-х роках газоконденсатному родовищі (продуктивний інтервал 5500–6200 м) пробурила свердловину глибиною 6534 м і успішно видобуває газ з конденсатом з добовим дебітом понад 1 млн кубометрів.

За твердженням О.Лукіна, успішне освоєння вуглеводневого потенціалу великих глибин у межах центрального сегмента Донецько-Дніпровської западини дасть можливість у найближчі роки суттєво (на 20–25 млрд кубометрів) підвищити видобуток газу. А потім перейти до планомірного здійснення й інших напрямів пошуково-розвідувальних робіт, що у перспективі повністю забезпечить потреби України в природному газі.

Зрозуміло, для здійснення глибокого буріння в Україні потрібні відповідні інвестиції та залучення компаній, які мають чималий досвід буріння і виявляють інтерес до вуглеводневого потенціалу великих глибин. Отут і потрібні кредити.

Однак, здобувши незалежність, Україна цілком припинила глибоке буріння, що призвело до обвального падіння видобутку газу й газового конденсату із загальновідомими наслідками.