Не отходя от шахты

Подземная газификация угля – от громкой славы к забвению.

Не отходя от шахты


Адское пекло
В исторической науке широко распространено мнение, что в основе любого мифа лежит подлинное событие. Произошедшее в незапамятные времена и за давностью лет обросшее вымыслами.
Один из основных сюжетов древних мифов связан с существованием подземного мира, где грешники после своей смерти оказываются в горящем аду. Возможно, своим появлением этот миф обязан реальным подземным пожарам на угольных месторождениях, которые встречаются почти повсеместно.
Зрелище действительно жутковатое. В США уже более полувека горят угольные пласты в штате Пенсильвания. Жителей находившегося в этом районе города Централия пришлось эвакуировать. Пожар начался случайно в 1962 году и может длиться ещё сотни лет. Запасы угля в виде великолепного антрацита это позволяют. За всё время американские власти потушить его так и не смогли или не захотели. 

Идея Менделеева
Нередки подземные пожары и на просторах нашей страны, особенно в районах заброшенных шахт. Сильнейшее впечатление произвело зрелище горящего угля в окрестностях города Кизела в нынешнем Пермском крае и на великого химика Дмитрия Менделеева. В 1880-х годах впервые в дневниках учёного появляется мысль о том, чтобы посредством управляемого горения превращать уголь в газ прямо под землёй.
Действительно, идея подземной газификация угля (ПГУ) довольно проста. В отличие от обычной и хорошо известной «наземной» газификации угля в газогенераторах, добыча и доставка угля в этом случае не требуется. Весь процесс газификации происходит под землёй. На поверхности происходит только очистка и переработка газа.
Газ выделяет горящий уголь. Для того чтобы его поджечь, бурятся две вертикальные скважины, соединённые горизонтальной, на дне которой и происходит розжиг. В одну вертикальную скважину подаётся дутье – воздух, насыщенный кислородом, чистый кислород или в смеси с паром. По другой горючий газ поднимается на поверхность. Процесс горения контролируется количеством подаваемого кислорода – важно не давать углю сильно разгораться.
При горении под землёй образуется смесь примерно следующего состава: углекислый газ – 14%, столько же угарного газа, около 16% водорода и примерно 55% азота. Остаток составляют различные примеси. Из этих газов угарный газ и водород вполне пригодны для сжигания на ТЭЦ или в обычных котельных, а азот и углекислый газ – нет. Подобный газ вполне пригоден для сжигания на ТЭЦ или в обычных котельных.
Ещё один способ – это использовать при дутье смесь кислорода и водяного пара. В этом случае полученный синтез-газ будет состоять примерно на 35% из угарного газа, почти на 50% из водорода и на 7% из метана. Горючая составляющая подобного газа превысит 90%, и он может использоваться не только на тепловых электростанциях, но и в качестве сырья для получения жидкого топлива. При этом себестоимость электроэнергии (особенно если станция неподалеку) может оказаться существенно ниже, чем при использовании угля или природного газа. Ведь уголь необходимо вначале ещё добыть, а газ доставить.

От идеи к генерации
Главное преимущество подземной газификации – это возможность избавиться от тяжёлого и опасного шахтёрского труда. Аварии на шахтах случаются с завидной регулярностью. Где-то чаще, где-то реже, но избежать их полностью, к несчастью, невозможно. На каждый добытый под землёй миллион тонн угля до сих пор гибнет в среднем 4–5 человек. Такова печальная статистика.
Кроме того, существующие методы добычи угля – открытый в карьерах и подземный в шахтах позволяют использовать не более 10% от потенциальных запасов месторождения. Остальной уголь остаётся просто недоступным. А подземная газификация позволяет задействовать пласты, которые добыть сложно.
Если всё так хорошо, спросите вы, то почему тогда со времён Менделеева ПГУ не получила широкого распространения, а уголь по-прежнему добывают в твёрдом виде? На самом деле развитие подземной газификации в нашей стране полно драматизма.
Основой для развития подземной газификации в СССР послужила, как это ни странно, идеология. В 1913 году, находясь в эмиграции, будущий вождь «мирового пролетариата» В. И. Ленин опубликовал в «Правде» небольшую статью. Речь в ней шла о работах британского учёного Уильяма Рамзая посвящённых подземной газификации угля. Неизвестно, знал ли Рамзай о выдвинутой ранее Менделеевым идее или работал самостоятельно. Но это и не столь важно. Научные теории, как правило, являются результатом параллельного творчества.
О статье Ленина надолго благополучно забыли и вспомнили только в начале 1930-х годов. Был объявлен конкурс на разработку технологии. В нём приняла участие группа молодых специалистов из Донбасса, в будущем ставших основными авторами подземной газификации: П. Скафа, Д. Филиппов Д. и В. Матвеевы. Будучи по образованию химиком, Скафа понял, что процесс газификации должен быть частью химической технологии.
Идея оказалась востребованной и поддержанной лично Сталиным. Дороги назад в этой ситуации уже не было, и началась многолетняя работа. Создаётся специальное предприятие «Подземгаз» и исследовательский институт ВНИИПодземгаз, преемником которого ныне является ОАО «Газпром промгаз». Начинается строительство первых опытных станций. Однако процесс развития ПГУ оказался прерван войной и возобновлён только после её окончания.
Всего в СССР действовало пять промышленных предприятий подземной газификации угля. Три из них жгли бурый уголь. Две станции – Подмосковная и Шатская – были созданы в окрестностях Тулы. Ещё одна – в Ангрене, в Узбекистане. Две станции «работали» на каменном угле. Одна располагалась в Донбассе (Лисичанск), другая, Южно-Абинская, – в Кузбассе (Киселёвск). За годы работы станций было газифицировано около 15 млн тонн угля и получено примерно 50 млрд кубометров газа. За годы их работы подземная газификация угля стала вполне обычной отработанной технологией, хотя и не лишённой некоторых недостатков. Прежде всего, нестабильный процесс горения, которым сложно управлять, потребность в большом количестве скважин. КПД процесса не превышал 50–60%.
При этом, по данным Южно-Абинской станции и соседних угольных предприятий Кузбасса себестоимость одной тонны условного топлива при ПГУ была в 1,5 раза выше, чем при открытой добыче угля, и в 1,3 раза ниже, чем при шахтной добыче. Таким образом, экономически подземная газификация угля оказалась вполне приемлема.
Но уже в 1960-х годах начинается стремительное освоение месторождений дешёвого природного газа. И ПГУ стало быстро терять привлекательность. Тем не менее построенные станции продолжали свою деятельность, и довольно успешно.
Южно-Абинская станции в Киселёвске работала до 1996 года и закрылась только по причине износа оборудования. Последняя из оставшихся – Ангренская станция в Узбекистане – насколько известно, до сих пор продолжает свою деятельность.
Одной из причин закрытия станций ряд бывших работников считает передачу их в ведение Минуглепрома. А для угольного министерства подземная газификация оказалась просто не нужна. Таков оказался один из итогов отраслевой организации промышленности, при которой пограничные сферы существовали на правах пасынков.

От забвения к новому развитию
Тем не менее в последние годы наблюдается своеобразный ренессанс ПГУ. Причём в самых разных странах мира. В первую очередь, в Китае, где уже действует десять таких станций. Ведутся работы в Австралии, Бельгии, Испании, обеих Кореях и других государствах.
При этом у технологии ПГУ и достаточно критиков. В первую очередь много вопросов вызывают экологические последствия такой деятельности: например, при сгорании угля происходит проседание и обрушение кровли угольного пласта, причём оползни в районе действия станции газификации могут произойти в любом месте и в любой момент. Также невозможно контролировать возможное загрязнение грунтовых вод продуктами горения угля. Решения этой задачи пока нет, хотя всё познаётся в сравнении. И на фоне экологических последствий от применения угля по устаревшим технологиям ПГУ сегодня выглядит даже привлекательно.
По мнению доктора технических наук из Кемерово Сергея Лазаренко, в ПГУ Россия обладает передовыми позициями в мире, а подземная газификация угля – экологически приемлемой технологией разработки угольных месторождений. Производимый под землёй и выдаваемый на поверхность по скважинам газ является, в отличие от угля, экологически чистым видом топлива. В профильном НИИ ОАО «Газпром промгаз», продолжающем традиции предшественников, разработан более современный вариант технологии. Это позволяет получать горючий газ с большей теплотворной способностью. Есть проекты, позволяющие разрабатывать многочисленные месторождения бедных бурых углей, ранее закрытые шахты и использовать полученный газ как для выработки электроэнергии, так и в качестве химического сырья.


Автор: Александр Черников

29 ноября 2015 в 19:33

уголь, ПГУ, каменный уголь, Россия промышленность, бурый уголь, угольная промышленность, электростанции России, угольная промышленность России, уголь добыча в России, каменный уголь добыча

Другие пользователи читают

Скованные виртуальной цепью

На протяжении нескольких лет подряд блокчейн-стартапы, разрабатывающие технические решения для новой энергетики, в том ч...

31 октября 2017 в 17:54