Обогатиться углем

Повышение уровня переработки, совершенствование качества продукции — это актуальная общемировая тенденция в экономике. Если рассматривать динамику добычи угля в России, то видно, что с 2000-го по 2010 год произошел существенный рост объемов — с 258 до 323 млн тонн, или на 25%. При этом переработка угля росла еще быстрее. За тот же период объем обогащения вырос на 36%, в том числе коксующегося угля — на 12%, энергетического — почти в два раза. Стимулирующим фактором столь быстрого и масштабного развития добычи и углепереработки явился рост экспорта, объем которого из-за благоприятной мировой конъюнктуры к 2010 году превысил 100 млн тонн. А мировой рынок предъявляет жесткие требования к качеству угля (зольность 8—12%, содержание серы менее 0,5%, влага менее 8—9%, калорийность свыше 6 000 ккал).

Тем не менее факт остается фактом — в целом по России доля обогащения именно энергетического угля остается низкой. Если по технологическим требованиям коксующийся уголь практически полностью подвергается обогащению, то для энергетики доля обогащения составляет только 20%, что не сопоставимо с мировым уровнем 70—90% (в ЮАР и Австралии обогащается весь уголь).

В Кузбассе, крупнейшем угледобывающем регионе страны, ситуация с обогащением немногим лучше, чем в других регионах. В прошлом году в среднем по России доля обогащения в общем объеме добытого угля составляла 36,4%, в Кузбассе же она находилась на уровне 40%. При этом в регионе значительно изменилась доля обогащения энергетического угля, которая выросла с 2,7% в 2000 году до 25,6% в 2010-м. В настоящее время переработка угля в Кемеровской области ведется на 35 обогатительных фабриках (ОФ) и 16 сортировочных установках. За первое десятилетие нового века в регионе было введено 11 ОФ, при этом только с 2008 года, несмотря на кризис, заработало две фабрики. Еще две были запущены в начале 2011 года. Сегодня практически каждый новый проект строительства шахты или разреза в Кузбассе реализуется в связке со строительством мощностей по обогащению. В последние годы фабрики проектируются и строятся очень быстро — за 11—16 месяцев, и многие виды проектных и строительных работ выполняются параллельно. Причем проекты фабрик нового времени радикально отличаются от гигантов прошлого с их огромными площадями гидроотвалов, трубами термических сушек, большой численностью персонала и расходами электро- и теплоэнергии. Сегодня также становится стандартным подход к строительству фабрик, которые могут обогащать угли как энергетических, так и коксующихся марок (технологии позволяют перерабатывать угли различной категории обогатимости и при этом получать товарную продукцию заданного качества).

Вместе с тем доля новых современных мощностей не столь велика. Так, в Кемеровской области шесть ОФ имеют срок эксплуатации оборудования более 50 лет; семь — свыше 40 лет; еще шесть — от 30 до 15 лет. Можно сказать, что около 60% основного технологического оборудования полностью выработали свой ресурс, физически и морально устарели.
Качество угля — что хотят потребители?

На внутреннем рынке концентраты энергетических углей используются в небольших количествах в качестве технологического сырья и на нужды коммунально-бытового сектора. Электростанции и котельные экономически не готовы активно использовать обогащенный энергетический уголь, даже планируемые к строительству новые угольные энергоблоки ориентированы на рядовой “проектный” уголь. “Иллюзорная” экономия на одну тонну рядового угля все еще кажется более привлекательной для потребителей, чем неоспоримые экологические и экономические преимущества обогащенного угля.

Долгое время в России угольщики не уделяли должного внимания повышению качества энергетических углей, большая часть которых шла на внутреннее потребление. В отечественной энергетике применяются угли, сильно различающиеся по качеству: более 25% общего объема их потребления имеют зольность свыше 40%; около 19% — теплоту сгорания ниже 3 000 ккал/кг; около 6% — содержание серы более 3%. Общее количество балласта в угле составляет свыше 55 млн тонн в год, включая примерно поровну породы и влаги. Для энергетических марок углей из-за неоднородности угольной массы в первую очередь важны два показателя — содержание золы и серы. С их помощью обеспечивается стабильность качества, что является определяющим для энергетиков. Снижение зольности на 10% увеличивает теплоту сгорания угля почти на четверть. Но обогащение не всегда необходимо.

Если рассматривать полноту переработки по маркам углей, то наибольший процент обогащения имеют марки СС, ТС и А (которые отличаются лучшими потребительскими свойствами и характеризуются универсальностью применения), значительная часть которых поставляется на экспорт. Важными аспектами экономической эффективности обогащения являются сокращения транспортных расходов и отсутствие потребности в вагонном парке. Сейчас при перевозке рядового угля до 20% общей массы составляет зола. Обогащенный уголь обладает более высокой теплотворной способностью и позволяет перевозить в тонне примерно в 1,5 раза больше энергии. А с учетом того, что средняя длина транспортного плеча в России при поставках внутри страны 2,5—3 тыс. км, экономия возникает весьма существенная.

Но использование обогащенных углей требует реконструкции электростанций, соответственно, инвестиций на модернизацию, на что не все собственники готовы. С другой стороны, при использовании обогащенного угля потребителю не нужно строить сортировочные и дробильные комплексы, снижается потребность в площадях под золошлакоотстойники и отвалы, уменьшаются экологические платежи. Поэтому, по мнению директора по обогащению углей института “Гипроуголь” (Новосибирск) Геннадия Сазыкина, отказ российских энергетиков потреблять обогащенный уголь можно рассматривать как “экологический” терроризм.

Между тем обогащение угля — это мировая тенденция, к которой придется прийти и нам. Стандартизация углей позволит более эффективно использовать сырье, применять универсальную технологию сжигания, в отличие от массы версий оборудования и технологий для “проектных” углей. К тому же при обогащении угля образуется не только ценный концентрат (его выход в настоящее время находится на уровне 38—55%), но и большое количество менее ценных продуктов. Например, шлам (тонкодисперсный и высоковлажный низкокалорийный порошок). Скапливающийся в огромных количествах он давно считается чуть ли не неизбежным злом (нанося экологические ущерб), а потому остается невостребованным. Для его использования в качестве топлива необходимо убрать балластную влагу и сделать материал транспортабельным и сыпучим, что при современных технологиях требует больших энергозатрат, чем может дать полученный с их помощью уголь в процессе последующего сжигания. Зольные отходы обогащения являются, кстати, источником сырья для производства строительных материалов. Переработка и дальнейшее использование зол является обычной практикой для развитых стран, где в переработку вовлекается до 60—80% отходов обогащения.

Во всех ведущих компаниях отрасли есть проекты, предполагающие строительство углеобогатительных предприятий с использованием новых технологий обогащения. На большинстве еще не построенных ОФ предполагается внедрение замкнутой водошламовой схемы без использования наружных гидротехнических сооружений, отказ от термической сушки в пользу механического обезвоживания, что существенно сокращает затраты на обогащение и позволяет увеличить выход продукции. Однако обогащение — лишь первый шаг, перспективным же направлением является глубокая переработка. “Сегодня мы продаем наш уголь на внешних рынках, но какой уголь? Частично даже не обогащенный, не рассортированный — прямо такой, каким его извлекли из шахты или карьера. И получается, что мы добываем сырье, гоним его в другие страны и там даем работу тем, кто доводит его до нужной кондиции. Сегодня это уже недопустимо, заниматься и обогащением угля, и его глубокой переработкой. Мы должны создать угольный магазин с полным набором продуктов”, — отметил недавно губернатор Кемеровской области Аман Тулеев.

Не обогащением единым

Сложилось общее мнение, что глубокая переработка углей — это получение синтезированного бензина. На большее фантазии многих собственников угольных активов не хватает. Однако в мире из угля получают более пятисот продуктов. Можно выделить два основных направления переработки углей по видам получаемой продукции — топливного и технологического назначения. Внедрение инновационных технологий в области переработки позволит извлекать наибольшее количество полезных компонентов из угольной массы, обеспечивая максимальную добавочную стоимость.

Большинство экспертов едины во мнении, что для Кузбасса и России выгодно улучшить технологию добычи (чтобы меньше оставлять угля в пластах) и довести обогащение энергетических углей до 90—100%, утилизировать шламы, оптимизировать процессы сжигания (пылеугольное сжигание, использование водоугольного топлива), а также более широко применять технологии газификации угля. Наиболее рационально рассматривать создание таких перерабатывающих комплексов, которые будут выпускать широкую гамму продуктов начиная от сортового угля, агломерированного твердого топлива, восстановителей, сорбентов, карбюризаторов, структурообразующих добавок в коксохимические шихты. Могут быть получены и жидкие продукты: фенолы, крезолы, ксиленолы, спрос на которые очень велик (это сырье для производства хай-тек-пластиков). По мнению члена экспертного совета Кузбасского технопарка д.т.н. Вадима Потапова, актуальным для Кузбасса направлением переработки угля в среднесрочной перспективе является производство ультрачистого угля (зольностью менее 0,2%). Он может стать основой для производства целого ряда технических углеродов и специальных сорбентов, включая медицинские. И использоваться как альтернатива флотскому мазуту. В Кузбассе также накоплен опыт по получению пористых материалов (кемерит) из угля или продуктов его переработки. Этот современный материал из тех, которые делаются по нанотехнологиям, для катализаторов и топливных элементов. Необходимо научиться делать углеродные адсорбенты, которые идут на очистку воды и воздуха (они пока импортируются).

Сегодня можно говорить о нескольких проектах, получивших одобрение экспертного совета Кузбасского технопарка и заявленных к реализации. Так, уже объявлено о создании в Кузбассе энерготехнологических комплексов (ЭТК) по переработке угля и угольного отсева методом газификации с получением синтез-газа, тепловой и электрической энергии и массы других продуктов углехимии. В 2010 году МПО “Кузбасс” начал реализацию пилотного проекта по созданию комплекса “Серафимовский” с глубокой переработкой угля на месте добычи. В рамках проекта будут построены шахта, ОФ и энерготехнологический угольный комплекс для получения из угля широкого перечня химической продукции. По самым оптимистическим прогнозам, завод, стоимость которого 1 млрд долларов, будет введен в эксплуатацию в 2015—2016 годах.

В июле 2010 года в Беловском районе был запущен в эксплуатацию разрез “Караканский-Западный”, проектная мощность которого будет достигнута в 2011 году и составит 2 млн тонн угля в год. Промышленные запасы — 78 млн тонн, их хватит на 40 лет беспрерывной работы. Здесь будет добываться энергетический уголь марки Д, который планируется поставлять для нужд энергетики и ЖКХ Кемеровской области и других регионов Сибири, а также на экспорт — до 60% (Польша, Корея, Китай, Украина, Румыния). Разрез стал первым этапом строительства крупного комплекса, в состав которого войдут шахта “Беловская” проектной мощностью 3 млн тонн угля (ее начнут строить в текущем году, причем она станет первой в Кузбассе, где еще до начала угледобычи будет проведена предварительная дегазация угольных пластов), ОФ по переработке 6 млн тонн угля, комплекс по производству термококса мощностью до 250 тыс. тонн в год, электростанция мощностью до 40 МВт, работающая на угле и горючем газе, а также система по улавливанию и захоронению углекислого газа. Здесь же будет построен завод строительных материалов, сырьем для которого станут отходы деятельности электростанции. Сейчас этот проект кемеровские власти смело называют “угольным Сколково”. По словам председателя совета директоров ЗАО “Шахта Беловская” Георгия Краснянского, общая сумма вложений в его реализацию может превысить 7,5 млрд рублей.

Активно работает в инновационном направлении и СУЭК, владеющая не только угольными, но и энергетическими предприятиями. Недавно совместно с группой Omega Minerals на промплощадке Беловской ГРЭС, которая входит в состав подконтрольной СУЭК компании “Кузбассэнерго”, было запущено в эксплуатацию предприятие по переработке золошлаковых отходов угольных электростанций. В создание уникального завода, который сам не будет производить отходов и использовать в своей работе химические реагенты, партнеры вложили 120 млн рублей. Проектная мощность — 10 тыс. тонн готовой продукции в год, причем она может быть увеличена до 18 тыс. тонн в течение ближайших двух лет. Новый завод будет комплексно перерабатывать отходы тепловых станций энергокомпании в высококачественные мелкодисперсные полые наполнители и продукцию на их основе. Предприятие ориентировано на выпуск семи базовых и трех специальных сортов продукции для различных отраслей промышленности, которые применяются в том числе при бурении скважин, в литейном деле, производстве огнеупорных и лакокрасочных материалов, синтактных пен, легких бетонов. Продукция ориентирована на потребителей России, стран СНГ, АТР, США.

Еще один комплексный проект — добыча метана из угольных пластов, реализация которого стартовала еще в 2010 году (инвестор — компания “Газпром добыча Кузнецк”, подконтрольная “Газпрому”). Сейчас на первом в России метаноугольном промысле добывается более 20 тыс. кубометров газа в сутки. В целом за 2010 год со скважин глубиной до 950 метров выкачали около 5 млн кубов метана. В текущем году планируется построить 12 новых скважин: восемь на новой Нарыкско-Осташкинской площади (Новокузнецкий район), четыре — на действующей Талдинской (Прокопьевский район). Благодаря этому в текущем году добыча метана в регионе удвоится и достигнет 10 млн кубометров в год (на обеих площадях). Инвестиции в реализацию проекта с каждым годом возрастают. Если за три года — 2008—2010 годы — “Газпром” вложил в него 2 млрд рублей, то в 2011-м компания наметила выделить еще 1,5 млрд. При этом общая стоимость проекта оценивается в 80 млрд рублей. К 2020 году количество скважин планируется довести до 1,2 тыс. (на обеих площадях), что позволит выйти на промышленную добычу газа в объеме 3,5—4 млрд кубометров в год. Ожидается, что только одна Нарыкско-Осташкинская площадь сможет полностью закрыть потребности Кемеровской области в газе. К тому же этот объект располагается всего в 25 км от магистрального газопровода Томск—Парабель—Кузбасс. Такое соседство, по идее, позволит организовать транспортировку добытого метана в города региона (Кемерово, Новокузнецк, Ленинск-Кузнецкий, Топки, Юрга).

В “Стратегии социально-экономического развития Кемеровской области” заявлены еще несколько проектов ЭТК. Для того чтобы они перестали быть просто задекларированными амбициями, необходимо непосредственное участие государственного бюджета в инвестиционных программах. Венчурное финансирование подобных начинаний пока распространено слабо. Развитие глубокой переработки тормозит и отсутствие рыночных технологий для большетоннажных объемов производства. Разработки, которые в потенциале могут быть востребованы рынком, нуждаются в серьезной доводке до инвестиционной стадии. Отсутствуют и готовые решения по оборудованию. Несмотря на то что отечественные производители стали осваивать выпуск некоторых видов оборудования для обогащения (грохота тяжелосредные, сепараторы и отсадочные машины, магнитные сепараторы, радиальные сгустители, центрифуги, крутонаклонные сепараторы), обогатительные предприятия, запущенные в эксплуатацию в последнее десятилетие, активно оснащаются преимущественно оборудованием импортного производства. При этом основным аргументом в его пользу является своевременный и качественный сервис, а также льготные условия финансирования.

Любая переработка угля начинается с обогащения. И следует говорить не просто о “глубокой”, а о комплексной переработке угля с использованием всего его потенциала — как энергетического, химического, так и минералогического.

Авторы благодарят за помощь при подготовке материалов директора по обогащению углей к.т.н. Г. П. Сазыкина (Институт Гипроуголь); д.т.н профессора М. Б. Школлера (Новокузнецкий филиал ТПГУ); д.т.н. Е. Л. Счастливцева, д.т.н. В. П. Потапова (заведующих лабораторией Кемеровского филиала Института вычислительных технологий СО РАН); д.х.н. Ю. Ф. Патракова (с.н.с. Института углехимии СО РАН); заместителя генерального директора СУЭК А. Г. Белову; д.т.н. профессора В. Н. Фрянова (Сибириский государственный индустриальный университет).

Обогащение угля представляет собой процесс классификации, дробления, снижения серосодержания, зольности и повышения его теплотворной способности. Все российские угли условно можно разделить на три группы. Первая группа — это недорогие угли с низкой теплотворной способностью. Как правило, это бурые угли, не требующие обогащения, которые сжигаются на электростанциях, размещенных на борту разреза. При этом транспортируется уже электроэнергия (например, разрез Березовский и Березовская ГРЭС). Экономическая эффективность такой интеграции очень высокая.

Низкосортные каменные угли и продукты углеобогащения как коксующихся, так и энергетических углей (так называемый промпродукт с зольностью выше 25% и шлам) образуют вторую группу углей. В СССР и России энергетиками накоплен большой опыт по сжиганию углей высокой зольности. Еще на стадии проекта строительства угольной станции осуществлялась привязка ее оборудования к “проектному” углю, при этом полное или частичное замещение проектного угля другими марками требует проведения сложных и дорогостоящих мероприятий. Но отсутствие необходимого нормативно-правового обеспечения и экономического механизма обусловили в нашей стране низкий КПД тепловых электростанций, высокие выбросы твердых частиц, серных и азотистых соединений и огромные золоотвалы. Безусловно, эта группа углей требует обогащения.

Третья группа — ценные каменные угли с высокой теплотворной способностью (выше 6 000 ккал/кг). Во всем мире из них делается стандартное топливо, которое предъявляет жесткие ограничения по влажности, содержанию серы, азота, золы (например, зольность менее 15%, сера менее 0,5%). Стандартизация позволяет преодолевать зависимость от конкретного поставщика и тем самым кардинально расширять спектр потребляемых углей.

Виталия МАРКОВА, Виктор ЧУРАШЕВ