Альманах «ЭВРИКА»

Часть  6        ЭНЕРГИЯ С ОРБИТЫ

ЖИДКОЕ ТОПЛИВО ИЗ УГЛЯ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Примерно половина всей энергии, производимой в мире, в настоящее время вырабатывается из нефти, в том числе, практически вся энергия для автономных подвижных потребителей. Но вот уже почти десять лет цены на нефть быстро растут ее запасы приращиваются все медленнее, а добыча становится все дороже. Нет недостатка в прогнозах о времени исчерпания запасов нефти.

Не исключено, что будут найдены и вовлечены в разработку новые нефтяные месторождения, но это не изменит основного вывода: запасы нефти относительно невелики, до их исчерпания необходимо научно и технически подготовиться к получению синтетической нефти из угля. Геологические ресурсы угля почти в 30 раз превышают запасы нефти, то есть их хватит человечеству на много столетий.

Для превращения органической массы угля в нефтеподобное вещество нужно решить три химические задачи: удалить из нее кислород, а вместе с ним и такие вредные примеси для топлива, как азот и сера, в виде соответственно воды, аммиака и сероводорода, израсходовав для этого много водорода, которого и так мало в угле; добавить в органическую массу водорода до соотношения водорода и углерода в нефти; разукрупнить макромолекулы органической массы угля до молекулярного веса компонентов нефти.

Из всех этих задач проще всего третья — уже давно в переработке горючих ископаемых применяются термические и термокаталитические процессы, в которых под действием тепла увеличиваются колебательные движения атомов в молекулах, рвутся наименее прочные химические связи и большие молекулы превращаются в меньшие.

Гораздо сложнее обстоит дело с присоединением водорода, то есть с процессом гидрогенизации, как он называется в технике. Если сравнить угли наиболее перспективного в нашей стране Канско-Ачинского бассейна с самотлорской нефтью, которая сейчас занимает первое место в общесоюзной добыче, то на 100 атомов углерода в угле приходится 96 атомов водорода и 27 атомов кислорода, а в нефти 180 — водорода и только 0,2 атома кислорода. Удаление кислорода в виде воды заберет 54 атома водорода, значит, нужно к оставшимся 42 добавить 138, то есть почти в четыре раза больше. На производство водорода нужно расходовать опять же уголь, значит, процесс усложняется стадиями газификации, конверсии окиси углерода и Очистки технического водорода.

Присоединение водорода к сложным органическим соединениям, слагающим уголь, протекает трудно и медленно. Нужны хорошие катализаторы, но они, как правило, дороги, а ката* л и затор после сжижения угля неизбежно смешивается с золой и должен быть выброшен вместе с ней. Дешевые катализаторы малоактивны. Чтобы компенсировать низкую активность, в прошлом применяли высокие Давления (до 700 атмосфер) и температуры (до 450—480 градусов Цельсия). Но даже и в этих условиях органическая масса, переходя в жидкое состояние, не освобождалась полностью от вредных кислородных и азотистых компонентов.

Поэтому первичный продукт сжижения разделяли, тяжелую часть возвращали в цикл, а легкую, выкипающую до 325 градусов, дополнительно насыщали водородом и подвергали расщеплению под давлением водорода 300 атмосфер. Таким образом, технологический процесс складывался из трех последовательных стадий, не считая отдельных производств подготовки угля, дробления, замешивания его в пасту, производства водорода, выделений золы и ее нагрева Для возврата увлеченного с золой органического вещества, очистки сточных вод и т. д. Немудрено, что громоздкое оборудование стоило очень дорого, а сложная технология приводила к тому, что из-за многостадийное, частых нагревов и охлаждений лишь 35—40 процентов энергии, заключенной б угле, переходило в конечные жидкие продукты (энергетический КПД 35—40 процентов).

Все перечисленные причины и определили прекращение в 40-х годах производства синтетических топлив, реконструкцию предприятий по их производству в нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы.

Отсюда ясно, что себестоимость синтетического топлива чрезвычайно высока. К этому нужно добавить, что рост цен на нефть вызывает цепную реакцию подъема цен не только на промышленное оборудование, но и на уголь. Поэтому первые промышленные предприятия по производству синтетических топлив следует создавать только в районах, где имеются месторождения угля, позволяющие организовать дешевую открытую добычу.

СССР располагает таким уникальным месторождением, как Канско-Ачинский бассейн, запасы дешевых углей которого могут обеспечить сырьем производство синтетических топлив на многие столетия. Именно на основе богатств этого бассейна и должна быть решена задача организации производства жидкого топлива.

Однако если сырьевая проблема ясна, то технология этого производства, как было показано выше, еще требует коренного улучшения.

Придавая большое значение этой задаче, планирующие органы нашей страны составили целевую программу разработки процессов и оборудования для получения синтетических жидких и газообразных топлив из угля и других нефтяных видов сырья. Подобная программа, осуществляемая впервые в истории страны, призвана обеспечить научную и техническую базу для новой отрасли народного хозяйства — производства синтетических топлив. Программа предусматривает в течение 80-х годов проверить различные технологические решения в этой области на крупных опытно-промышленных установках, разработать технико-экономическое обоснование на сооружение первого промышленного предприятия и приступить к его строительству в двенадцатой пятилетке.

Программа направлена в первую очередь на вовлечение в переработку дешевых канско-ачинских углей, поэтому работы будут вестись в основном в Сибири. В планах предусмотрена комбинация процессов сжижения и газификации   угля  с  производством  электроэнергии или другими энергетическими процессами, что повысит общую эффективность процесса, позволит достичь энергетических КПД порядка 70—80 процентов и попутно решить экологические проблемы, предотвратив загрязнение атмосферы вредными продуктами сгорания угля.

Все работы будут базироваться на новых принципах управления химическими и физико-химическими процессами превращения органической массы угля в жидкое топливо.