Эколого-экономические аспекты освоения месторождений каменного угля Улугхемского бассейна (Республика Тыва)

ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАМЕННОГО УГЛЯ УЛУГХЕМСКОГО БАССЕЙНА

Уголь, энергетика, энергохимическая переработка, топливо, энергосбережение, экология.

Регионы Сибири в связи с климатическими и территориальными особенностями являются крупнейшими потребителями тепловой и электрической энергии. Исторически сложилось так, что тепловая энергия потребителям крупных и малых городов, а также подавляющего большинства других населенных пунктов поставляется ТЭЦ, что ведет к большим потерям (до 40 %) тепловой энергии при её транспортировке. Если же учесть, что выработка пикового ресурса топливно-энергетического комплекса России в 2010 г. составит около 50 % [Лебедев, 2007], то необходимость кардинального перевооружения теплоэнергетики представляется очевидной. При этом внедряемые технологии должны отвечать всем современным требованиям надежности и экологичности оборудования, включая реализацию принципа теплосбережения. Внедрение в широком масштабе автономного теплогенерирующего оборудования малой мощности [Создание технологий..., 2006] позволит принципиально изменить ситуацию, снять техногенную напряженность при изнашивании и выходе из строя энергогенерирующего оборудования и энерготранспортной системы (теплосетей, высоковольтных линий и подстанций). Сибирский рынок автономного отопительного оборудования широко представлен продукцией как импортных, так и отечественных производителей. В основном предлагаются установки, работающие на газе (природном и пропан-бутановой смеси) и жидком топливе (мазут, дизельное и топочное топливо) [Да-нильянц, Харченков, 1993; Ягольницер, 2004]. В большинстве установок используются горелки традиционного факельного сжигания топлива с высоким выбросом токсичных веществ. Усилия разработчиков энергомашиностроительных компаний за рубежом и в России в основном направлены на повышение КПД установок за счет повышения теплосъёма, улучшение дизайна и систем управления и безопасности. Одним из способов повышения конкурентоспособности отечественных производителей является применение принципиально новых технологий, которые бы в разы улучшали потребительские свойства продукции относительно выпускаемых зарубежных и отечественных аналогов.

Основной целью публикации являются обоснование и решение задач разработки и создания высокоэффективного и конкурентоспособного теплогенерирующего оборудования малой мощности, работающего на твердом органическом топливе - каменном угле месторождений Улуг-Хемского бассейна.

На территории Тувы разведанные по промышленным категориям запасы каменного угля марок Ж ГЖ и Г сосредоточены преимущественно в контурах Улуг-Хемского бассейна на Кызылской и Эрбекской подсчетных площадях

[Лебедев, 2007]. Суммарные запасы категорий (А + В + С1+2) Кызылской площади составляют 3620,3 млн. т, а Эрбекской - 342,4 млн. т. Кроме того, на этих площадях прогнозируются ресурсы каменных углей всех перечисленных выше марок: в контурах Кызыльской площади - 716,1 млн. т, Эрбекской - 591,5 млн. т. Суммарное количество запасов и ресурсов на интервалах глубин от поверхности до 300 м, от 300 до 600 м и более 600 м оценивается соответственно: в контурах Кызылской площади - 1600,9 млн. т, 2673,6 млн. т и 3851,9 млн. т (всего 8125,4 млн. т); в контурах Эрбекской - 520,4 млн. т, 869,3 млн. т и

1252,2 млн. т (всего 2641,9 млн. т). Для каменных углей Улуг-Хемского бассейна характерны: низкая зольность и малосернистость, высокие показатели спекаемости (от 10 до 42 мм) и содержания летучих (от 36 до 44 %), относительная чистота по тяжелым металлам и ток-сикогенам. Вместе с тем обогащение летучими и низкая зольность способствуют быстрой окисляемости угля, создавая проблемы при его хранении и транспортировке. Приведенные сведения о количестве разведанных запасов и качестве коксующихся и энергетических каменных углей в районе г. Кызыла свидетельствуют о неограниченных возможностях их крупномасштабной, преимущественно шахтной добычи. Стоимостная оценка каменных углей Тувы показывает, что общий прирост валовой добавленной стоимости при освоении Каа-Хемского, Элегестинского и Чаданского месторождений составит 1258,5 млрд. руб. К сожалению, эффективность освоения разведанных месторождений в настоящее время низка из-за высокой себестоимости добываемого угля, сложной транспортной схемы его реализации, отставания горно-подготовительных и вскрышных работ на действующих карьерах. Освоение Эрбекского месторождения осложнено подземным пожаром.

Экономические оценки показывают, что комплексная переработка каменного угля является наиболее выгодным и эффективным направлением развития угольной ТЭК региона (табл. 1).

Таблица 1

Сравнение экономических показателей использования каменных углей Тувы

Показатели Транспортировка по железной дороге факт - 0 / проект - 10 млн. т Транспортировка автотранспортом план - 2,5 / расчет - 10 млн. т х 4 Глубокая переработка эксперимент - 0,45 / расчет 10 млн. т х 22

Вклад в ВРП, млрд. руб. 0 / 18,4 2,9 / 11,6 1,9 / 42,22

Новые рабочие места, мест 0/ 13000 1171 / 4500 960 / 20000

Ежегодные доходы от реализации сценариев, млрд. руб. 0 / 5,6 0,9 / 3,6 0,4 / 8,9

Федеральные субвенции, % 92 / 15 68 / 17 04.03.03

С целью повышения эффективности освоения черного «золота» Тувы и решения экологических проблем Республики Тыва, и в первую очередь её столицы, в ТувИКОПР СО РАН подготовлена программа «Энергетика, комплексная энергохимическая переработка каменных углей Тувы», основу которой составляет внедрение принципиально нового технологического процесса «ЦЕОФОРМИНГ» (Институт катализа СО РАН), для переработки каменных углей в неэтилированный бензин с октановым числом 80-95. В Польше на нефтеперегонном заводе «ГЛИМАР» и в России (Нижневартовск) при научном сопровождении ИК СО РАН (Новосибирск), компанией ЛУРГИ (Германия) и ОАО «НЗХК» (Новосибирск) были построены и введены в действие опытно-промышленные установки по выпуску от 20 до 40 тыс. т / год высокооктановых сортов неэтилированного бензина из синтез-газа, получаемого при переработке нефтепродуктов. Технологический регламент замкнутого процесса получения высококачественного бензина из каменных углей (или отходов нефтепереработки) совмещает два энергохимических процесса. Во-первых, получение синтез-газа в процессе низкотемпературного пиролиза коксующегося угля по технологической схеме (рис. 1), разработанной в ТувИКОПР СО РАН для производства углеродных адсорбентов различ-

ной емкости, бездымных топливных брикетов, пропан-бутановой смеси и биогуматов для улучшения плодородия почв, а также ферросплавов высокой ценности по технологии, разработанной в ОАО ОВЦ «КУЗБАСС» (Новокузнецк, Кемеровская обл.).

Рис. 1. Технологическая схема энергохимической переработки каменных углей Каа-Хемского месторождения

Во-вторых, каталитическое преобразование полученного синтез-газа в высокооктановый неэтилированный бензин по технологии, разработанной НИЦ «ЦЕОСИТ» СО РАН (Новосибирск) и внедренной при облагораживании нефтепродуктов и отходов их переработки в Нижневартовске (Россия) и Глимаре (Польша). Технолого-эконо-мическая оценка целесообразности строительства завода по комплексной энергохимической переработке каменных углей Республики Тыва общей стоимостью 1800 млн. руб. свидетельствует о возможности получения из 420 тыс. т коксующихся углей марки ГГ-ГЖ Каа-Хемского месторождения следующих товарных продуктов:

— углеродные адсорбенты - 70 тыс. т стоимостью 790 млн. руб.;

— ферросплавы - 12 тыс. т стоимостью 90 млн. руб.;

— пропан-бутановая смесь - 15 тыс. т стоимостью 18 млн. руб.;

— водяной пар - 167 тыс. т стоимостью 66 млн. руб.;

— тепловая энергия - 480 тыс. Гкал стоимостью 36 млн. руб.; неэтилированный автобензин с ОЧ 80-95 - 80 тыс. т стоимостью 96 млн. руб.; авиакеросин ТТ-30 - 20 тыс. т стоимостью 21 млн. руб.

На разработку проекта энергохимического комплекса, его строительство и ввод в промышленную эксплуатацию понадобится 3 года. Затраты осуществляются по следующей схеме: первый год - 10 % от общей стоимости завода (180 млн. руб.) расходуются на разработку технического проекта и конструкторско-технологическую адаптацию завода к местному сырью и условиям выбранной промышленной площадки в районе г. Кызыл, в том числе на создание пилотной опытно-промышленной установки - 38 млн. руб.; второй год -70 % (1260 млн. руб.) - на изготовление и поставку к месту монтажа технологического оборудования; третий год - 20 % (360 млн. руб.) на пусконаладочные работы.

Другой технологический подход к решению проблемы комплексной переработки каменных углей применен в способе термической обработки с целью получения ценных компонентов. Такая технология реализована на экспериментальной установке пиролиза каменного угля в ТувИКОПР СОрАн (рис. 2).

Рис. 2. Схема установки пиролиза каменных углей

Установка состоит из узла подготовки каменного угля, из которого уголь подается в бункер. Далее каменный уголь посредством шнекового питателя подается в узел прогрева, где поддерживается температура, достаточная для ожижения угля. Здесь же происходит его низкотемпературный пиролиз. После разогрева полужидкая масса угля подается в формовочный узел, где формируется коксовый кусок и закрепляется его форма. Газообразные продукты термолиза угля используются для его прогрева, за счет чего снижается себестоимость кокса и исключаются вредные выбросы в атмосферу. После формования коксовый кусок поступает в охладитель, где охлаждается водой и подается в упаковочный узел, а затем на склад. Установка разработана в модульном исполнении с целью снижения первичных затрат и обеспечения технологической гибкости. Излишки тепла могут быть использованы для обогрева производственных помещений комплекса или для продажи потребителям. Внешний вид установки представлен на рис. 3., технические характеристики даны в табл. 2.

Рис. 3. Экспериментальная установка пиролиза каменных углей

Таблица 2

Технические характеристики установки

Производительность по коксу 3 т / сут

Производительность по газу 600000 м. куб. /год

Выход газа 52 %

Рабочая температура 400-800 град.

Размеры 1 х 1,5 х 1,2 м

Расход воды 10 м. куб. / час

Расход воздуха 3600 м. куб. /час

Рис. 4. Внешний вид продуктов пиролиза

Таблица 3

Характеристика кокса

№ п/п Характеристика Значение

1 Размеры кусков Длина 0,5-10 см, диаметр 0,5-6 см

2 Зольность, %, не более 20

3 Массовая доля общей влаги, %, не более 14,0

4 Механическая прочность, %, М 40, не менее 73

5 Массовая доля серы, %, не более 0,6

6 Массовая доля углерода, %, не менее 95,5

7 Теплотворная способность, ккал / кг 7000

8 Стоимость тонны кокса 2100 руб.

В результате пиролиза угля происходит интенсивное выделение низкомолекулярных углеводородов в виде газа, который можно использовать для получения тепла и электроэнергии путем сжигания в специальных ДВС или турбинах. Образующийся газ используется для разогрева реактора. Получаемую при охлаждении кокса горячую воду можно использовать для обогрева помещений или реализовывать сторонним потребителям. На одной установке можно получить дополнительно около 850 руб. в качестве оплаты за теплоэнергию с

каждой тонны угля. В результате стоимость тонны кокса составит 1235 руб., что примерно соответствует себестоимости производства тонны угля (1090 руб.) в ценах 2007 г.

Исследование возможности применения коксового газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания проведены совместно с кафедрой автотранспорта Тувинского государственного университета. На кафедре смонтирован стенд для проведения исследований (рис. 5). Смонтировано газобаллонное оборудование, и проводится калибровка на про-пан-бутановой газовой смеси.

Рис. 5. Стенд преобразования синтез-газа

Стоимость выполнения работ по организации производства комплексной переработки каменного угля по представленной технологии оценивается в 36,7 млн. руб., а общая продолжительность работ - 18 месяцев.

Можно сделать следующие выводы. Месторождения каменных углей Тувы обладают значительным потенциалом, инвестиционные вложения в их освоение не только окупятся с высокой коммерческой рентабельностью, но и дадут значительные экономические, бюджетные и социальные эффекты.

Предлагаемая энергохимическая переработка коксующихся и энергетических углей Улуг-Хемского бассейна Тувы по технологии «ЦЕОФОРМИНГ» в перспективе может обеспечить более высокий экономический эффект в сравнении с доходами от реализации каменного угля даже при его транспортировке по намеченной к строительству железнодорожной трассе Курагино-Кызыл. Работа одной установки энергохимической переработки потребует добычи угля в количестве 420 тыс. т / год, а 22-х установок, обеспечивающих трехразовое увеличение вклада в ВРП и снижение субвенций региону из федерального бюджета до 3,3 %, - 10 млн. т / год.

Ввод в эксплуатацию наукоемкого экологически безопасного углеперерабатывающего комплекса глубокой энергохимической переработки каменного угля обеспечит: 20000 рабочих мест; выпуск брикетов бездымного топлива для частного жилого сектора или его газификацию; перевод на газ автомобильного транспорта; создание мощного холодильного комплекса для хранения и переработки животноводческой продукции.

Библиографический список

1. Данильянц С.А., Харченков А.Г. Подходы к оценке минерально-сырьевого потенциала для разработки программы освоения региона // Нижнее Приангарье: горно-металлургический и лесной комплексы. Новосибирск: ИЭиОПП СО РАН, 1993. 192 с.

2. Лебедев Н.И. Угли Тувы: состояние и перспективы освоения сырьевой базы / отв. ред. В.И. Лебедев. Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2007. 180 с.

3. Создание технологий и оборудования высокоэффективной экологически безопасной переработки минерального сырья и техногенных отходов (на примере объектов горнопромышленной агломерации Тувы и сопредельных регионов): сводный отчет по Конкурсному проекту СО РАН № 28.4.8. (2004-2006 гг.) / науч. рук. Ю.Д. Каминский; отв. ред. В.И. Лебедев. Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2006. 116 с.

4. Ягольницер М.А. Сравнительная экономическая оценка месторождений полезных ископаемых региона // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2004. № 4. С. 35-39.