Путь к «зеленой» металлургии

Мы уже неоднократно уделяли внимание технологии «Термококс», успешно примененной на территории Красноярского края. Напомним, что речь идет о газификации бурого угля с получением на выходе таких продуктов, как горючий синтез-газ и твердый угольный остаток. Оба продукта могут иметь самое разнообразное применение. Синтез-газ удобнее всего применять в энергетических целях, поддерживая (в том числе) и производственные процессы в качестве дополнительного источника энергии. Твердый угольный остаток, в свою очередь, является коммерческим продуктом с высокой добавленной стоимостью, который можно использовать в разных отраслях (например, для очистки воды в системах замкнутого цикла).

Как мы знаем, в Новосибирске давно уже обсуждается тема широкого внедрения технологии газификации бурого угля в целях «озеленения» энергетической отрасли. Фактически здесь ставится вопрос о создании производственно-энергетических комплексов, использующих бурый уголь (запасы которого в Сибири весьма велики) вполне по-современному и более рационально -  как с точки зрения экономики, так и с точки зрения экологии. Эту идею ученые из новосибирского Академгородка неоднократно пытались донести до государственных руководителей, отвечающих за энергетику, а также до руководства энергетических компаний, связанных с углем.

Как выяснилось, с упомянутой технологией давно уже работают в СУЭК – крупнейшей сибирской энергетической компании, занимающейся добычей и сбытом угля. Самое интересно, что технологию «Термококс» там предлагают применить для «озеленения» металлургической промышленности. Об этом, в частности, рассказал технический директор одного из подразделений СУЭК – ООО «Уголь-инжиниринг» - Сергей Исламов, выступая на прошедшем Международном технологическом форуме «Технопром-2025».

В начале своего выступления он напомнил о том, что основными эмитентами углерода являются угольные электростанции и предприятия черной металлургии. Отсюда вытекает закономерный вопрос: какие технологии для них предложить, чтобы минимизировать выбросы парниковых газов? По словам Сергея Исламова, данная тема до сих пор остается нетронутой, несмотря на ее актуальность в свете реализации климатической повестки. Так, угольная генерация в Сибири занимает весомую долю, и возникает впечатление, что ничего с ней сделать нельзя. Всё, что можно – это только сократить ее в объеме Именно так, между прочим, ставят вопрос в европейских странах, где прямо «отменяют» угольную генерацию как таковую. То же самое касается и черной металлургии, к которой у борцов с глобальным потеплением также немало претензий. Однако если вы не нацелены на закрытие упомянутых отраслей (а в нашей стране мало кому такое приходит в голову), а вместо этого рассчитываете на их модернизацию с учетом новых экологических требований, вам придется поставить вопрос именно таким образом.

Как раз на этом фоне специалисты ООО «Уголь-инжиниринг» занимаются поиском концептуальных решений в указанном направлении. То, что было ими конкретно предложено в отношении черной металлургии, является, по сути, современной альтернативой классическому доменному производству.

Дело в том, что до сих пор доменное производство является основой мировой металлургии. Как ни странно, но в основных чертах оно за сотни лет так и не претерпело существенных изменений. Еще в 1620 году (то есть более 400 лет назад) был получен патент на использование кокса для плавки железной руды. В 1709 году была построена первая доменная печь на коксовом топливе, которая стала прототипом современных доменных печей.

Как отметил Сергей Исламов, самым интригующим моментом здесь является то, что технология доменного производства была создана эмпирическим путем и на основе интуиции – при полном отсутствии сведений из области физической химии. И за прошедшие триста лет ее эксплуатации она полностью исчерпала свой технический и экономический потенциал, подчеркнул докладчик.

Если еще больше углубиться в сугубо научные аспекты данной темы, то придется признать, что доменная технология находится в полном противоречии с современными основами физической химии гетерогенных процессов. По идее, взаимодействие твердых реагентов (а именно кокса и руды) должно осуществляться в мелкодисперсном состоянии для обеспечения максимального контакта поверхностей. На практике же используется кусковый кокс. Кроме того, углеродный восстановитель должен иметь максимальную восстановительную способность. В то же время реакционная способность обычного доменного кокса имеет по ГОСТу показатель 0,1 – 0,2.

Так вот, чтобы стало понятным предложение специалистов СУЭК, отметим, что реакционность кокса, получаемого ими из бурого угля с помощью упомянутой технологии «Термококс», имеет показатель 8 – 10, то есть чуть ли не на два порядка выше чем у обычного кокса! Отсюда неизбежно напрашивается его применение в черной металлурги. Как сказал Сергей Исламов, в СУЭК разработана принципиально новая технология прямого восстановления - «Термококс-Fe», где как раз нашел применение принцип частичной газификации угля.

Лучше всего для этой цели, по словам докладчика, подходит именно бурый уголь. Компания СУЭК ежегодно добывает порядка 40 миллионов тонн бурого угля, сжигаемого обычным способом в сибирских регионах (в основном – на территории Красноярского края). Указанная технология пока еще не получила широкого распространения, но уже есть положительный опыт ее ограниченного применения. Данный процесс полностью отработан в промышленном масштабе на предприятиях СУЭК (в своем периметре эта компания имеет производство железорудного концентрата в качестве побочного продукта). Главная задача, по словам Сергея Исламова, заключалась в том, чтобы объединить технологию газификации угля с технологией переработки железной руды и добиться синергии. На данный момент уже пройдены стадии НИР и ОКР, и процесс находится на стадии технико-экономического обоснования.

Общий принцип здесь таков. Внутри котельного агрегата осуществляется частичная газификация угля с разделением двух компонентов – горючего газа и углеродного остатка. Горючий газ сжигается внутри котла, используясь для генерации тепловой энергии. Никакого шлака и золы в этом процессе не образуется. Твердый углеродный остаток изымается и используется как высокореакционный восстановитель для получения железа. Все полученные результаты, отметил Сергей Исламов, уже сертифицированы. Получаемый на выходе металл представляет собой белый чугун передельного качества.

Таким образом, сибирскими разработчиками предложена комплексная схема производства чугуна на базе бурого угля. Важным показателем такой схемы является то, что здесь в себестоимость продукции не включаются расходы на топливо. В производстве используют только три компонента – бурый уголь, воздух и железорудный концентрат. То есть нет никакой необходимости в использовании коксовой продукции и в кислородном дутье. Но самое главное (по нынешним временам): производство чугуна таким способом имеет нулевые газовые выбросы в окружающую среду.

В свете сказанного вполне логичным выглядит заявление докладчика о том, что бурый уголь Сибири является высокоэффективным и экологически безопасным сырьем! Возможно, данное заявление станет девизом компании СУЭК и в таком качестве внесет нашу – чисто «сибирскую» - корректировку в проводимую на глобальном уровне стратегию «низкоуглеродного» развития.

Николай Нестеров