В свое время мы посвятили достаточно много материалов проблеме газификации угля в рамках концепции создания на территории страны (и в особенности – на территории Сибири) промышленно-энергетических комплексов. Конкретно речь шла о широком внедрении технологии ТЕРМОКОКС, благодаря которой вы можете одновременно получать на основе глубокой переработки угля два ценных продукта, параллельно снижая углеродный след.
Как мы знаем, эту тему активно пропагандируют в Новосибирском Академгородке. На прошедшем недавно Третьем Научно-производственном форуме «Золотая долина-2025» проблеме газификации угля также уделялось внимание. Мало того, в числе приглашенных участников Форума был доктор технических наук Сергей Исламов, под чьим руководством как раз и была разработана серия новых технологических процессов, получивших упомянутое выше обозначение ТЕРМОКОКС. На тематической секции, посвященной энергетике, ученый представил свою новую монографию «Частичная газификация угля» (Красноярск, 2024), где подробно изложены все аспекты указанное темы.
Несмотря на то, что книга адресована специалистам, в ней приведено довольно много фактов, которые могут быть интересны и широкой аудитории.
Начнем с того, что тема газификации угля сама по себе далеко не нова, но почему-то до сих пор недостаточно хорошо известна многим из нас. Так, мы прекрасно осведомлены о том, что в позапрошлом веке в некоторых европейских и российских городах существовало освещение улиц с помощью газовый фонарей. Однако не все задумывались о том, какой именно газ для этого использовался. Возможно, кто-то до сих пор полагает, будто речь идет о природном газе, добываемом из недр. На самом же деле этот газ получался в основном из угля (а также из древесины и торфа)!
Вот что об этом пишет Сергей Исламов. Первый патент на способ газификации угля был выдан еще в 1788 году Роберту Гарднеру, а в 1792 году шотландский инженер Вильям Мердок (работавший с изобретателем парового двигателя Джеймсом Уаттом) изготовил первый примитивный газификатор (для чего использовался обычный… металлически чайник). Позже им был разработан целый ряд способов очистки и хранения «угольного газа» (так он назывался в то время). В том же 1792 году Мердок впервые использовал угольный газ для освещения собственного дома. Благодаря подобным изобретениям за ним был закреплен исторический титул «отца газовой индустрии». С того времени газ, получаемый из угля, стал находить всё более широкое применение в быту для обогрева помещений и приготовления пищи.
Во Франции в 1799 году изобретатель Филипп ле Бон получил патент на «газовый огонь», а спустя два года продемонстрировал его в качестве способа освещения улиц. С тех пор именно освещение улиц на долгие годы стало главной сферой применения угольного газа (за что он получил другое название – «светильный газ»). В самом начале позапрошлого столетия в Лондоне уже появилось первое коммерческое предприятие в этой области. Причем, первый газопровод, построенный в 1807 году, состоял из деревянных труб, проложенных вдоль одной из лондонских улиц. По этим трубам газ поступал к 13 светильникам. В 1816 году первая компания по производству газа открылась в США. Первым проектом этой компании стало освещение нескольких улиц Балтимора. В 1825 году первый газовый завод был построен в Ганновере (Германия), а в 1870 году в Германии работало уже 340 таких заводов, производивших «городской газ» из угля, древесины и торфа.
В России первый уличный газовый фонарь появился в Санкт-Петербурге осенью 1819 года. В 1838 году был построен первый российский газовый завод. Правда, в те времена газификация угля считалась довольно дорогой технологий, особенно учитывая то обстоятельство, что уголь для этих целей доставлялся из Европы (добыча собственного угля началась только в 60-е годы позапрошлого века на территории Донецкого бассейна).
В Москве газовое освещение появилось лишь в середине XIX столетия. Причем, первоначально газовые фонари устраивались только внутри помещений. Газ для них доставлялся в железных цилиндрах с небольших частных заводов. В дальнейшем, в соответствии с планами Городской Думы, было устроено газовое освещение улиц. Первый газовый фонарь торжественно зажгли в конце декабря 1865 года возле Архангельского собора в Кремле. В целях «газификации» Москвы по контракту с английской компанией был построен газовый завод и проложена газопроводная сеть. Уголь для предприятия поставлялся из Англии (!) морским путем и далее – по Николаевской железной дороге.
К концу XIX века почти во всех крупных городах России появились свои собственные газовые заводы, поставлявшие топливо для освещения железнодорожных станций, предприятий, общественных зданий и жилых домов. Так, в 1905 году в Москве уже было почти 9 000 газовых фонарей. Правда, к этому моменту газовому освещению пришлось конкурировать с электричеством, из-за чего снижалась потребность в продукции газовых заводов. И в начале 1930-х годов (то есть уже в советское время) газовые фонари исчезли с московских улиц окончательно.
Мы приводим эти факты из монографии Сергея Исламова для того, чтобы еще раз показать: тема газификации угля имеет давнюю историю. В Европе угольный газ стал получать широкое практическое применение начиная с первого десятилетия позапрошлого века. В то время технология его производства была несложной. Уголь нагревался в больших чугунных сосудах в форме реторты при минимальном доступе воздуха (или совсем без воздуха). Часть угля сжигалась для нагрева этих емкостей. Выходящий газ охлаждали для конденсации смолистых веществ, которые сливались в ямы как отходы. Затем газ поступал в специальные емкости для хранения.
Как отмечает автор книги, основные черты первых примитивных способов переработки угля сохранились во многих технологических процессах газификации вплоть до нашего времени. В указанном выше способе получения газа использовалась технология пиролиза угля. Что касается собственно технологии газификации, основанной на химическом воздействии углерода с окислителем, то она имеет отдельную историю, указывает Сергей Исламов.
Так называемая «аллотермическая газификация» (в современном понимании этого термина – когда физико-химический процесс осуществляется с использованием газифицирующего агента) была осуществлена во Франции в 1834 году. В данном случае речь идет о промышленном производстве «водяного газа», являющегося продуктом взаимодействия водяного пара с углем или коксом. Затем – вплоть до середины XX века – подобные технологии получили дальнейшее развитие в Европе и в Америке. Как указывает автор, в 1925 году в США существовало около 12 тысяч соответствующих установок, которые ежегодно перерабатывали в газ до 25 миллионов тонн угля.
В Советском Союзе глубокой переработке угля уделяли большое внимание еще до войны, и в особенности – в первые ее годы, когда обострилась проблема топлив для двигателей. В середине 1943 года по специальному постановлению Совнаркома СССР было даже создано Главное управление искусственного жидкого топлива и газа – Главгазтопром. Чуть позже в Госплане СССР в составе отдела топливной промышленности был организован сектор искусственного топлива и газа.
Однако Главгазтоппром так и не смог в ходе войны добиться ощутимых практических результатов – особенно в сравнении с Германией, где на тот момент использовались новейшие для того времени технологии. Так, к сентябрю 1939 года там уже работало 14 гидрогенезационных заводов, производивших бензин и авиационное топливо. Еще шесть заводов находилось в процессе строительства. Из угля производилась примерно половина (!) топлива, необходимого для гитлеровской армии.
Чтобы наверстать упущенное, уже в марте 1945 года в Советский Союз стали ввозить в счет репараций оборудование и аппаратуру с ряда немецких заводов. Более эффективно в послевоенном СССР развивалась индустрия искусственного газа. В 1958 году у нас насчитывалось до 2,5 тысяч газогенераторов с суммарной производительностью около 35 миллиардов кубов газа в год.
Однако в 1960-е годы – на волне бурного роста нефтегазовой промышленности - ситуация в мире начала быстро меняться в пользу природного газа и нефти, которые резко оттеснили уголь. В результате углегазовая промышленность быстро пошла на спад и фактически была разрушена за считанные годы. Однако энергетический кризис начала 1970-х годов опять внес свои коррективы. Например, в США с целью укрепления энергетической независимости была принята амбициозная программа по развитию новых технологий переработки угля. Вслед за американцами последовали и другие развитые страны.
В СССР также учли эту тенденцию. В 1980 году у нас была принята государственная программа по комплексной переработке угля. Однако выделенные средства, пишет автор, были распылены по многочисленным организациям, в силу чего данная программа не оставила заметного следа в создании новых технологий переработки угля. Последовавшее затем падение мировых цен на нефть ослабило остроту ситуации с топливом во всех странах, из-за чего переработка угля отошла на второй план.
Как мы видим, за последние десятилетия интерес к переработке угля, в частности – к газификации, активно возрастал под влиянием многолетнего роста цен на нефть и природный газ. Поэтому неудивительно, пишет Сергей Исламов, что с началом нынешнего столетия газификация угля опять оказалась в центре внимания. Теперь она рассматривается как один из наиболее эффективных способов переработки твердого топлива в продукцию универсального назначения – либо как газовое топливо, либо как газовое сырье для широкого спектра химических технологий.
Пока что значимых достижений промышленного уровня почти нигде (кроме Китая) не произошло, указывает автор. И все же именно в нашу эпоху эти технологии призваны сыграть очень важную роль в создании энергетики будущего.
Николай Нестеров
Окончание следует
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии