Сергей Исламов: Технологический потенциал чермета исчерпан
К сожалению, технологический потенциал угольной энергетики и черной металлургии практически исчерпан. В ХХ веке паровые машины уступили место двигателям внутреннего сгорания и электродвигателям, авиация проделала путь от фанерных аэропланов до сверхзвуковых самолетов и межпланетных ракет, на смену механическим калькуляторам и телеграфу пришли компьютеры и Интернет. Однако мы упорно продолжаем сжигать уголь и производить чугун, опираясь на технологические принципы времен промышленной революции в Европе.
Обратимся к доменной технологии получения чугуна. Согласно современным знаниям, для обеспечения максимальной скорости химического взаимодействия кокс и железную руду необходимо измельчить до тонкодисперсного состояния, причем кокс должен иметь максимально возможную реакционность. Исторически сложилось так, что доменный процесс построен с точностью до наоборот. Сначала железная руда измельчается до десятков микрон, обогащается, а затем путем высокотемпературного спекания заново превращается в кусковую форму - окатыши. Для восстановления их до железа используется кусковой доменный кокс с предельно низкой реакционностью. А чтобы повысить скорость реагирования этих компонентов, приходится применять кислородное дутье. Получается, что базовая технология черной металлургии более двух веков работает, пренебрегая законами физики и химии. Можно ли в этом случае говорить о минимизации стоимости чугуна?
Что касается технологии сжигания угля, то она в полной мере использует достижения современной науки, однако, как и двести лет назад, ее побочными продуктами остаются золошлаковые отходы и запыленные дымовые газы. И эта проблема не находит другого решения, кроме увеличения инвестиций в очистные сооружения по мере усиления природоохранного законодательства. За углем прочно закрепился статус "самого грязного ископаемого топлива", поэтому ему не находится места в активно развивающейся концепции низкоуглеродной экономики.
Однако проблема заключается совсем не в угле, а в способе его использования. Когда-то нефть тоже сжигали со страшными экологическими последствиями. Сегодня же она - базовое сырье для нефтехимии.
Возможна ли подобная метаморфоза в отношении угля? Трудно говорить об угле в целом, потому что под этим термином объединены сильно различающиеся по свойствам виды топлива. Более определенно сегодня можно сказать о молодых углях, к которым, в первую очередь, относятся бурые угли Канско-Ачинского бассейна. Хотя в "угольной иерархии" бурый уголь пока что находится на последнем месте, это месторождение (около 100 миллиардов тонн, доступных для добычи открытым способом) является уникальным подарком природы. Дело в том, что его горючая часть наполовину состоит из углеводородов, которые при нагреве легко превращаются в газовое топливо. Другая половина - практически чистый углерод с небольшой примесью золы. При таком "анализе" угля становится очевидным инновационное решение: для производства тепловой энергии целесообразно сжигать только газовую компоненту угля, что радикальным образом снижает количество вредных выбросов и, как это не парадоксально, уголь становится низкоуглеродным топливом. Вместо золошлаковых отходов образуется мелкозернистый буроугольный кокс. Это - высокореакционный углеродистый восстановитель для металлургии нового поколения. Экологические показатели инновационного угольного котла идентичны показателям котла на газовом топливе, причем без дополнительных инвестиций в очистные сооружения. Более того, поскольку все выбросы котла относятся к получению тепловой энергии, буроугольный кокс производится с нулевыми выбросами. Для сравнения: с точки зрения воздействия на окружающую среду, классическое производство металлургического кокса имеет I, т.е. самый высокий, класс опасности.
Параллельное производство двух полезных продуктов качественно изменяет экономику использования угля - продажа кокса компенсирует затраты на его приобретение, так что себестоимость газового топлива, условно говоря, оказывается нулевой. И это - единственная реальная возможность для радикального снижения тарифов на энергию.
Технология частичной газификации угля прошла довольно длительную опытно-промышленную апробацию на котлах средней мощности. Затраты на модификацию типового котла находятся на уровне затрат на его капремонт.
Что касается применения буроугольного кокса, то здесь задача несколько сложнее, поскольку действующая металлургия не готова к немедленному отказу от доменного производства. Однако высокореакционный кокс с большим электросопротивлением уже сегодня представляет значительный интерес для электрометаллургии. Поэтому в качестве компромисса с современной металлургией была разработана технология брикетирования буроугольного кокса и далее проведен цикл успешных опытно-промышленных испытаний нового продукта на электрометаллургических предприятиях страны. После введения запрета на сжигание угля в бытовом секторе Китая брикетированный кокс имеет большие перспективы на этом бурно развивающемся рынке бездымного бытового топлива. Однако по большому счету технологический потенциал буроугольного кокса еще далеко не раскрыт, и время от времени появляются новые, иногда даже неожиданные сферы его применения, например, в виде сорбента для гидрокрекинга тяжелых нефтяных остатков или очистки городских сточных вод.
Стратегической перспективой остается применение мелкозернистого высокореакционного кокса в технологиях, так называемого прямого (т.е. не доменного) восстановления железа. Именно с этим направлением связано будущее черной металлургии. Сменяющие друг друга экономические кризисы требуют радикального снижения себестоимости производства чугуна. И единственным способом решения этой задачи является замена классического кокса кратно более дешевым углеродным восстановителем, который, кроме того, позволяет значительно увеличить скорость технологического процесса без использования кислорода.