• Общество
• 28 Мая, 2020

ИДЕЯ ХОРОША ВОПЛОЩЕНИЕМ

В конце прошлого столетия в связи с энергетическим кризисом в США, ФРГ, Бельгии, Франции и других странах возник значительный интерес к проблеме увеличения ресурсов жидкого топлива. При этом наиболее перспективным сырьем для производства синтетического жидкого топлива был признан уголь как широко распространенный вид твердых горючих ископаемых. 

Не многие страны мира обладают таким многообразием углей, каким богат Казахстан. Здесь имеются угли коксовые и энергетические, каменные и бурые, пригодные для разработки и открытым, и подземным (шахтным) способом.

Поскольку в Казахстане значительно распространены каменные и бурые угли, роль их в народном хозяйстве страны огромна. На самом деле, для производства чугуна и стали – основы промышленности и военной мощи рес­публики – нужен кокс, а его получают из угля. При производстве кокса образуется газ, который употребляется для освещения, отопления, для получения водорода, аммиака, серы, метана и т. д. Метан, в свою очередь используется для производства синтетического каучука, уксусной кислоты и других необходимых в промышленности веществ.

В Казахстане уголь широко применяется также в качества топлива в быту, на промышленных предприятиях и на транспорте. Угольная отрасль обеспечивает выработку порядка 70% электроэнергии в РК, полностью удовлетворяет потребности в топливе коммунально-бытового сектора и населения.

Кроме того, нельзя не сказать о разработке угля в качестве руды на редкие элементы, такие как германий, уран, молибден, ванадий и др. Вероятно, не многие знают, что германий, например, в основном добывается из угля и горячих сланцев.

Присутствие в малых дозах таких необходимых для растений элементов, как фосфор, медь, цинк, железо, марганец, бор, калий, кобальт позволяет применять угли, в особенности бурые, или их золу как комбинированные удобрения.

Пригодности углей, в том числе окисленных (сажистых), в качестве удобрений способствует тому, что в их составе кроме микроэлементов содержится большое количество гуминовых кислот. Буроугольная пыль, внесенная в почву, повышает урожайность зерновых и технических культур, улучшает физические свойства почвы.

Из сказанного ясно, какое важное значение для экономики Казахстана имеют угли и как велика должна быть потребности в них в дальнейшем.

Большие перспективы развития отрасли связаны с глубокой переработкой угля и развитием углехимии (производством жидкого топлива, коксового газа, каменноугольной смолы и много чего другого). Причем производство синтетического жидкого топлива из твердых горючих ископаемых имеет относительно длинную историю. Первые опыты по решению этой проблемы на основе метода гидрогенизации были проведены в Германии Ф. Бергиусом (1913 г.). На основе их результатов и дополнительных исследований, выполненных компанией «ИГ Фарбениндустри», были разработаны основы технологии гидрогенизации углей и построены первые опытно-промышленные установки в Германии (1927 г.) и в Англии (1933 г.).

В Германии была разработана и внедрена в промышленность и другая технология производства синтетического жидкого топлива, основными стадиями которой являлись газификация угля и превращение (синтез) полученного газа в бензин и другие виды продукции топ­ливного и химического назначения по методу Фишера-Тропша. На построенных опытных установках, а впоследствии и на промышленных предприятиях в основном применяли технологию прямого ожижения угля на основе гидрогенизации и лишь на незначительной части заводов – газификацию угля с последующим синтезом углеводородных газов по вышеуказанному методу.

Производство синтетического жидкого топлива из угля в промышленных условиях получило относительно широкое развитие перед Второй мировой вой­ной. Так, к ее началу в Германии работало 16 заводов, из них 12 производили топливо на основе прямого ожижения угля методом гидрогенизации и четыре – путем газификации угля и синтеза газа. В 1944 г. на этих заводах вырабатывалось 5 млн тн моторного топлива. Доля бензина, получаемого на основе ожижения угля, составляла на немецком рынке 69%.

В Советском Союзе в довоенные годы проводились широкие лабораторные исследования по получению синтетического жидкого топлива из угля. Были построены опытные установки в Харькове, Кемерове и Челябинске. Во время Великой Отечественной войны и в послевоенный период были введены в эксплуатацию три завода полукоксования угля в Черемхове, Ленинск – Кузнецком и Ангарске, на которых вырабатывалось жидкое топливо путем гидрогенизации смолы, получаемой в свою очередь на основе полукоксования черемховских и кузнецких каменных углей.

Построенные в промышленные предприятия, так же как и в других странах, предназначались главным образом для получения синтетического жидкого топлива, отвечающего предъявляемым требованиям и способного конкурировать по экономическим показателям с аналогичной продукцией из нефти. Для заводов СССР поставленная задача оказалась невыполняемой ни в части качественной характеристики получаемого топлива, ни в экономической целесообразности.

Синтетическое моторное топливо, получаемое на базе переработки угля, имело относительно низкое качество, а затраты на его производство были высоки. Основные причины создававшегося положения – несовершенство технологических схем, применяемых для производства синтетического жидкого топлива – малый объем производимой продукции и высокая стоимость исходного сырья.

Кстати в первой половине ХХ столетия предприятия по производству жидкого топлива из угля были в Великобритании и других странах. Однако строительство и эксплуатация заводов по выпуску жидкого топлива во всех этих странах сохранялись лишь до 50-х годов прошлого века, т. е. до открытия и освоения крупных высокоэкономичных месторождений нефти на Ближнем Востоке, в Северной Африке и других регионах мира. В последующие годы по этой причине и по причинам экономического характера многие заводы по производству синтетического жидкого топлива из углей были переориентированы на выработку другой продукции или прекратили свое существование.

В ряде стран мира возобновили научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по усовершенствованию ранее использованных и по созданию новых процессов получения жидкого топлива из углей на основе гидрогенизации, экстракции и газификацией углей. Для проверки разрабатываемых процессов ожижения угля стали строить новые лабораторные  и опытно-промышленные установки различной производительности.

В Казахстане исследования в области получения жидкого топлива из углей возглавил академик Евней Букетов. Работы по решению проблемы были сосредоточены в Химико-металлургическом институте (ХМИ) (г. Караганда), где в то время работал ученый.

Евнея Арстановича проблема получения из угля бензина и множества других продуктов увлекла всерьез давно, что нашло отражение в его трактате «Нефть, уголь и вода в химии и энергетике». В этом обстоятельном научном труде были рассмотрены способы получения из угля жидкого топлива, описан мировой опыт. Готовя свой трактат объемом всего лишь в три печатных листа, Букетов переворошил массу научной литературы, проштудировал переводы иностранной печати, систематизировал все публикации по этой проблеме, даже подготовил методическое пособие для начинающих исследователей.

В ходе исследований одаренный ученый доказал, что в республике организации производства синтетического жидкого топлива из углей в промышленном масштабе должно предшествовать создание необходимых условий. По мнению Евнея Арстановича, под этими условиями в широком смысле следует понимать: наличие технических решений и технологических схем, проверенных в укрупненных масштабах; изученность сырьевой базы и наличие угольных месторождений, освоение которых позволит обеспечить будущие отечественные заводы сырьем требуемого качества и в необходимых объемах; подготовленность кадров, способных решать научные, проектно-конструкторские и организационные вопросы.

В Институте была создана специальная группа во главе с Букетовым, которая приступила к исследованиям по ожижению угля. Подобранные молодые исследователи верили в своего руководителя;  верили в его непререкаемый научный авторитет, в то, что он доведет начатое дело до победного конца.

Для своих экспериментов группа Букетова выбрала высокозольный бурый уголь, нетронутые запасы которого в казахстанских недрах исчислялись несколькими десятками миллиардов тонн. Только на Майкубенском месторождении их было более 5 млрд тонн!

Исследованиями было выявлено, что эти угли плохо сгорали в топках обычных котлов. Их редко использовали в городских ТЭЦ. Бурый уголь содержит растительные остатки, но несколько иного вида, чем торф: они обычно обуглены и похожи иногда на кусочки всем известного древесного угля. Часто бурый уголь содержит крупные куски древесины, но потемневшей, побуревшей. Такой уголь называют лигнитом (от латинского слова «lignum» – дерево). Именно такие низкокалорийные угли, не востребованные производством, сформированная научная группа намеревалась использовать для получения дешевого бензина путем их органического синтеза.

Первоначально Евней Арстанович дал своим новым помощникам несложные задания: овладеть известными в мире старыми методами по ожижению угля, хотя бы в мизерном количестве получить бензин, а потом уже совершенствовать технологию, добиваться большей ее эффективности, рекомендовал для этого испытать новые виды катализаторов. Как следствие в начале 80-х годов, исследователи впервые получили несколько сот граммов бензина из майкубенских бурых углей. Это был первый успех группы Букетова. В дальнейших исследованиях главной помехой оставалось отсутствие новых идей.

В результате кропотливых размышлений и изысканий Е. А. Букетовым была предложена новая отечественная технология ожижения  казахстанских углей, которая могла быть реализована в лабораторных условиях. В книге писателя

М. Сарсеке «Евней Букетов» приведены воспоминания основного помощника академика Б. Т. Ермаганбетова (впоследствии ставшего доктором химических наук) о сущности новой идеи по созданию технологии, предложенной Евнеем Арстановичем в ходе изучения проблемы ожижения угля с разных сторон: «Однажды Ебеке пришел в институт спозаранку и, встретив меня во дворе, сказал:

– Пошли, батыр, зайдем в здание, я, кажется, поймал золотую рыбку, – глаза его блестели, лицо озарилось радостью, не давая опомниться, он потащил меня в лабораторию.

Зайдя в лабораторию, попросил лаборантку Дилю принести колбу с щелочным раствором, разбавленным водой, и алюминиевую ложку. Когда она принесла все это, он положил ложку в слабый щелочной раствор. Из раствора начали выделятся газы.

– Эта реакция пришла мне на ум во время утренней пробежки… Поднимающийся из раствора газ – это чистый водород. Если мы найдем способ использования этого водорода для ожижения угля – считай то, что мы ищем месяцами, найдено. Водород произведет переворот при выделении жидкого топлива, реакция ускорится и процесс ожижения намного удешевится. Понял, батыр?

Я ничего одобрительного не сказал, хотя имел научную степень кандидата химических наук, все же не мог сразу поверить, что разгадка сложной проблемы, над которой мы уже бились более года, оказалась такой простой. Учитель понял, что я сомневаюсь, попросил Дилю пригласить своего любимца В. П. Малышева. В это время Виталий Павлович уже был доктором наук. Ему Ебеке снова продемонстрировал ту же реакцию.

– Прекрасная мысль! – одобрил Малышев. – Но, Евней Арстанович, использование алюминия для получения водорода обойдется вам очень дорого. Вместо него надо использовать недорогие ферросплавы. Дайте задание своему ученику Токену – пусть займется этим…

Ебеке, не желая откладывать эксперимент на долгий срок,  вызвал институтскую автомашину, и мы поехали в лабораторию ферросплавов, где руководителем был Токен Габдуллин. Короче, его лаборатория получила задание подготовить новый вид ферросиликоалюминиевого сплава. После получения его у нас дело пошло быстрее, по сути, это было совершенно новое направление в нашем исследовании…».

С технических позиций технологию ожижения углей, предложенную отечественным ученым, следовало рассматривать как один из возможных вариантов решения проблемы производства синтетического жидкого топлива из бурых углей Казахстана. Поскольку в нашей республике исследования, которые начала   проводить группа Букетова для решения поставленной проблемы, не вызывали ни сочувствия, ни поддержки, ученый решил поставить  в известность московских коллег о том, что в Караганде успешно испытывается новый метод ожижения угля. Евней Арстанович рассчитывал, что вышестоящие коллеги из Центра поддержат его инициативу, когда возникнет необходимость внедрения его исследований в производство.

В Москве исследования карагандинцев были признаны перспективными. Им было рекомендовано опыт расширять, а о полученных результатах предложено доложить на традиционном ежегодном ученом совете химиков 1984 года. После этого, при положительной их оценке, можно было выходить на президиум Академии наук СССР.

Испытатели наращивали обороты, чтобы представить обнадеживающие результаты на обсуждении в АН СССР. Е. А. Букетов добился открытия лаборатории по исследованию низкосортных углей Казахстана. Уже было смонтировано необходимое оборудование. Но поработать в этой лаборатории Евнею Арстановичу не удалось из-за скоропостижной смерти в декабре 1983 года.

К сожалению, в 80-х годах прошлого столетия опыты Е. А. Букетова не привлекли к себе пристального внимания, так как задача получения искусственной нефти и бензина из угля не была столь актуальной. К тому же в республике идея Евнея Арстановича была для многих современников слишком смелой и казалась безрассудной. Одни считали исследования по ожижению углей напрасной тратой времени, другие еще более скептически настроенные, – просто «безумной затеей». Потому исследования выдающегося ученого скоро были забыты.

Об опытах Е. А. Букетова вспомнили в первые десятилетия ХХI века, когда резко возрос интерес к получению из угля жидкого топлива и когда эта проблема приобрела важное практическое значение. Сейчас, как показывают исследования ученых, в общей сложности путем переработки каменного топлива можно получить более 400 различных продуктов, стоимость которых в 20–25 раз выше стоимости самого угля, а  побочные продукты, получаемые на коксохимических заводах, превосходят стоимость кокса.

В настоящее время угольная промышленность Казахстана – одна из базовых отраслей, от активной деятельности которой зависит не только энергетическая, но и экономическая безопасность страны. Экспорт угля остается одной из емких статей дохода в казну государства. На сегодня до 70% производимой в стране электроэнергии вырабатывается путем сжигания угля. В отрасли действуют 113 малых, 13 крупных и средних предприятий, которые обеспечивают занятость 31,8 тыс. человек. Значительная доля угля в электрогенерации республики позволяет устанавливать дешевые тарифы на электроэнергию.

Вместе с тем развитие отечественной угольной промышленности пока происходит в далеко не простых условиях. Они связаны и с нестабильностью конъюнктуры рынка, и с высокими транспортными издержками при перевозке продукции на внешние рынки, и с ощутимым дефицитом квалифицированных кадров, и с социальными проблемами моногородов, где сосредоточены предприятия отрасли. Ко всему прочему угольщикам приходится работать под «перекрестным огнем» политизированного общественного мнения в связи с глобальным «зеленым» трендом, повышением экологических требований и обязательств Казахстана по снижению выбросов парниковых газов в рамках Парижского климатического соглашения 2015 года.

По мнению учеников и последователей Е. А. Букетова, в сложившихся условиях, а также в связи с тем, что сейчас отмечается тенденция снижения спроса на уголь в Европе, дальнейшие перспективы отечественной угольной промышленности должны быть связаны со сферой глубокой переработки угля – углехимией и коксохимией.

Кроме того, в Казахстане подвижки к развитию углехимического направления  обосновываются тем, что в будущем, когда ситуация на международных рынках угля станет весьма сложной, наличие диверсифицированного источника перманентного потребления позволит оптимальным способом удержать на плаву казахстанскую угольную промышленность. Осуществляемые и предполагаемые к осуществлению мероприятия по коммерциализации наукоемких разработок в области углехимии в республике состоят в  следующем:

1. Сейчас в Казахстане в начальной стадии находятся два проекта – это совместное предприятие китайской корпорации «Цинхуа» и АО «КазМунайГаз» – переработка и маркетинг на участке месторождения Шубарколь в Карагандинской области. Второй – углегазохимический комплекс «Он-Олжа» – на угольном месторождении Сарыадыр в Акмолинской области, разрабатываемый при участии республиканского Института химии угля и технологии. Комплекс рассчитан на решение научных и технологических задач по глубокой переработке угля и в новых экономических условиях предполагает работать в опытно-экспериментальном режиме для совершенствования технологии применительно к разным сортам и маркам казахстанского угля.
2. Данный комплекс оснащен тремя типами газификаторов – газокислородным, парокислородным и паровоздушным. Принцип их работы несложен, но эффективен. Через газификацию угля производители получают газовую смесь, которая после очистки направляется на синтез жидких углеродов – для получения бензина и жидкого топлива. При этом все оборудование, необходимое для производства, сделано в Казахстане.

По мнению специалистов, для развития дальнейших переделов угля нужна поддержка государства. Без этого становление и развитие углехимической отрасли в республике экономически нецелесообразно, а значит, и привлечение инвестиций, и передовых технологий в эту сферу будет невозможно.

В заключение важно отметить то, что сегодня угольная промышленность РК стоит на пороге больших трансформаций, в результате которых в будущем подавляющая доля добываемых углей будет перерабатываться в стране. Они будут обретать новую добавленную стоимость  и только затем уходить на мировые рынки в виде продуктов глубокой переработки.

Таким образом, разработанный Е. А. Букетовым в конце прошлого века на основе глубоких и обстоятельных исследований новый отечественный способ ожижения угля открыл в новом ХХI столетии возможность получения искусственного жидкого топлива из самых дешевых его сортов, и прежде всего из бурого угля. А нашим энергетикам и промышленникам лишь остается воплотить в жизнь передовые идеи академика Букетова.