Комплексное использование топливно-энергетического сырья

Важное значение приобрело в последнее время комплексное использование нефти. Она обычно содержит в значительных количествах растворенный газ, мировое попутное извлечение которого достигает 200 млрд. м3. Вместе с тем далеко не во всех странах организована утилизация извлекаемого газа, хотя по теплотворности он в 1,5 раза превышает природный газ и является еще более ценным сырьем для химической промышленности. В странах Ближнего и Среднего Востока, Венесуэле и других при добыче нефти ежегодно выпускается в атмосферу и сжигается в факелах десятки миллиардов кубических метров газа.

В бывш. СССР в девятой пятилетке достигнуты заметные успехи в сборе и утилизации растворенного в нефти газа. В Татарии, Башкирии, Куйбышевской, Пермской и Саратовской областях, Краснодарском и Ставропольском краях, нефтяных районах Азербайджана, расположенных на суше, используется 82—98% ресурсов нефтяного газа. На Украине и в Чечено-Ингушской АССР используется более 70% газа и имеются все основания довести в короткий срок его утилизацию до 80% и более. Ho по стране в целом потери растворенного нефтяного газа и газоконденсата все еще довольно высоки, главным образом за счет новых районов, где еще недостаточно мощностей по переработке этого ценнейшего вида сырья. Объясняется это тем, что строительство на нефтепромыслах газосборных сетей, компрессорных станций, газобензиновых заводов резко отстает от ускоренных темпов развития нефтедобычи в стране. Между тем капиталовложения, потребные для промыслового сбора и утилизации попутного газа, в несколько раз ниже, чем затраты на разведочные работы и организацию добычи равноценного количества газа.

Нефть содержит часто серу и на многих месторождениях — в весьма значительных количествах. Извлечение ее в капиталистических и развивающихся странах в последние годы возрастает ускоренными темпами и в 1974 г. достигло 5 млн. т. В США годовое производство элементарной серы при рафинировании нефти превысило 1300 тыс. т. Примерно 75 тыс. т серы производит Канада при крекинге нефти. Улучшилось получение серы в качестве побочного продукта при переработке нефти и в других капиталистических странах — Швеции, Франции, Великобритании, Австралии и Южно-Африканской Республике, где она извлекается из импортного сырья. В Японии на установках по обессериванию импортной нефти извлекается около 90 тыс. т элементарной серы. Стоимость 1 т серы, полученной на нефтеочистительных заводах Японии, составляет 37—42 долл. при стоимости добываемой в стране самородной серы более 56 долл. Рост извлечения серы на нефтеперерабатывающих заводах обусловлен не только высокой рентабельностью этого производства, но и усиливающейся борьбой с загрязнением воздуха сернистыми газами. Из-за повышения требований к качеству импортной нефти и нефтепродуктов установки по их обессериванию сооружаются также в экспортирующих ее странах, в частности в Венесуэле.

Сера может быть также получена из отходящих газов теплоэлектростанций, работающих на нефтяном топливе. В штате Массачусетс (США) предусматривается установить очистную систему стоимостью 5 млн. долл. на теплоэлектростанции мощностью 150 МВт. Для удаления серы отходящие газы будут промываться водой. Затем серу превратят в твердый сульфит магния и отправят на химические заводы для получения серной кислоты; выделившуюся при этом окись магния будут возвращать для повторного использования. Предполагается, что система принесет доход от продажи серы и позволит использовать для электростанции дешевые, с большим содержанием серы нефтепродукты. В Советском Союзе извлечение серы из нефти до настоящего времени в должных масштабах не организовано.

На симпозиумах, проводившихся в 1973 г. в городах Маракайбо (Венесуэла) и Чикаго (США), обсуждались вопросы извлечения ванадия и других металлов из нефти. Количество ванадия, которое может быть получено из тяжелой нефти, добываемой в Венесуэле, достаточно, чтобы полностью удовлетворить имеющийся мировой спрос на него. До сих пор из нефти извлекается лишь небольшое количество ванадия. Однако с усовершенствованием технологии удаления серы можно будет извлекать в виде побочного продукта весь ванадий, содержащийся в нефти. Одна из американских компаний, воспользовавшись новой технологией получения ванадия, извлекла из 2,46 млн. т тяжелой нефти, содержащей примерло 0,062% V2O5, около 907 т металлического ванадия, что составляет более 15% от потребленного в 1973 г. в США ванадия.

В настоящее время в Венесуэле производится более 137 тыс. т/сут тяжелой нефти (с удельным весом 11—17° АПИ), содержащей от 0,01% до 0,05% V2O5 и от 0,003% до 0,01% никеля. Исследования, проведенные для правительства Венесуэлы Институтом технологии газа (США), показали возможность производства 17 тыс. т V2O5 и 3,5 тыс. т никеля в год при переработке тяжелой нефти Оринокского региона.

Комплексным сырьем является также природный газ, часто содержащий значительное количество серы, рентабельной для извлечения. За счет переработки природного газа крупным производителем элементарной серы (1,7 млн. т в год) с конца пятидесятых годов стала Франция, которая до этого большую часть своей потребности в сере удовлетворяла за счет импорта (примерно 300 тыс. т в год). Видное место по производству элементарной серы в капиталистическом мире в последнее время заняла Канада, опередив Мексику и Францию. Серу получают в качестве побочного продукта при очистке природного газа месторождений, расположенных преимущественно в провинции Альберта. В стране насчитывается более 20 газоочистительных заводов, на которых сера извлекалась из газа при исходном содержании сероводорода 2—3%. В последнее время выявлены и введены в эксплуатацию месторождения с более высоким содержанием серы, В 1974 г. из горючих и сернистых газов извлечено примерно 3,5 млн. т элементарной серы.

Ресурсы серы сосредоточены в природном газе многих месторождений бывш. Советского Союза. Основная их часть заключена в Оренбургском месторождении и ряде месторождений Узбекистана (Учкырское, Уртабулакское и др.), Туркменистана (Caман-Тепинское) и других.

Попутно с природным газом в бывш. СССР возрастает добыча конденсата, преимущественно в европейской части страны. Пока газоконденсатные месторождения разрабатываются только с использованием естественной энергии пласта (залежи), поэтому при снижении давления по мере отбора газа значительная часть конденсата выпадает в жидкую фазу непосредственно в залежи.

Большое экономическое значение имеет комплексное использование углей; при переработке их можно получить более 350 ценных продуктов, используемых в различных отраслях народного хозяйства. В этом отношении наибольший интерес представляют коксующиеся угли. По объему производства кокса бывш. Советский Союз занимает первое место в мире (83,4 млн. т в 1975 г.). При этом удельный вес кокса в общей стоимости продукции, получаемого при переработке коксующихся углей, составляет только 1/3, а остальная часть приходится на химические продукты (6 млн. т, около 200 наименований), в т. ч. на товарный коксовый газ, бензол, толуол, фенол, нафталин, антрацен, пек, элементарную серу и серную кислоту и др. Сера может быть также получена при переработке и потреблении энергетических каменных углей. Так, в углях Донецкого, Подмосковного, Кизеловского, Днепровского, Иркутского и Убаганского бассейнов среднее содержание серы колеблется в пределах 2,5—8,0%, а по отдельным пластам достигает 12%.

В свете возросших требований к охране от загрязнения воздушной среды огромное значение приобретает проблема газификации сернистых каменных и бурых углей на тепловых электростанциях, осуществление которой позволит предотвратить поступление в aтмocфepy сернистых газов, а также создаст возможность более полного извлечения серы. Экономические расчеты по газификации сернистых углей Донецкого и Подмосковного бассейнов показывают, что приведенные затраты на подготовку 2 млн. т их по методу Института горючих ископаемых Минуглепрома бывш. СССР сокращаются на 1,0—1,5 млн. руб. по сравнению с затратами на сжигание углей на электростанциях с высокими дымовыми трубами, а также по сравнению со стоимостью современных способов сероочистки дымовых газов.

Разработаны рентабельные способы извлечения серы при обогащении углей в виде серного колчедана. Использование серного колчедана из потребляемых углей Донецкого и Подмосковного бассейнов позволит решить проблему обеспечения сернокислотных заводов Юга и Центра дешевым местным сырьем взамен дальнепривозного.

Потенциальными источниками производства важнейшей химической продукции являются также бурые угли, из которых в процессе полукоксования можно получить смолу, не уступающую по качеству полученной из коксующихся углей. Доказано, что высокоскоростное полукоксование бурых углей Канско-Ачинского бассейна обеспечивает получение дешевого бездымного топлива и ряда химических продуктов. При этом выход продуктов полукоксования из бурых углей примерно равен выходу полукокса, газа и смолы из каменных углей, а себестоимость продуктов полукоксования значительно ниже (в 3—6 раз) себестоимости продуктов коксохимического производства.

Неуклонно увеличивается число шахт, применяющих дегазацию угольных пластов; объем каптируемого из них метана в десятой пятилетке возрастет до 1150 млн. м3 в год. Основной метод использования шахтного метана — прямое сжигание. Только в Донбассе шахтный метан, используемый в топках котельных шахт, дает экономию в 3 млн. руб. в год.

Каменные и бурые угли являются главными источниками производства германия и нередко содержат редкие металлы и рассеянные элементы, которые могут иметь практическое значение.

Возросло использование углей для производства бездымного топлива, а также углеграфитовых материалов, необходимых для металлургии специальных сталей и алюминия, для ядерной и ракетной техники. Разработан способ получения из каменного угля высокоазотных (до 25%) гуминовых кислот. По сравнению со стоимостью угля стоимость продуктов переработки дороже примерно в 20 раз.

Большой ассортимент химических продуктов (свыше 40) получают при термической переработке горючих сланцев; это шпалопропиточные масла, малосернистый и малозольный электродный кокс, превосходящий по качеству нефтяной, фенол и кероген, используемый в пластических массах и резинотехнических изделиях, и другие продукты. При переработке сланца в газогенераторах получают большие количества низкокалорийного генераторного газа, используемого для обогрева камерных печей и при производстве сланцевого бытового газа.

При добыче механизированным способом свыше 50% сланцев получают в виде мелочи, пригодной только для сжигания в пылевидном состоянии на элекростанциях. Для получения смолы и газа из мелкого сланца Энергетическим институтом им. Г.М. Кржижановского разработан способ полукоксования с твердым теплоносителем, и при Эстонской ГРЭС сооружаются две установки мощностью по 3000 т сланцев в сутки с последующим переводом электростанции на жидкое сланцевое топливо. Получаемые при этом смолу и газ намечается использовать наряду с сжиганием на электростанции и для производства химических продуктов.

В ближайшее время следует полностью решить проблему очистки дымовых газов за счет установки на тепловых электростанциях современных электрофильтров с коэффициентом полезного действия более 99%. Одна лишь теплоэлектроцентраль мощностью в 1 млн. кВт, работающая на угле, каждый час выбрасывает в атмосферу до 15 т сернистых газов и до 6 т сернистой золы.