Экоэнергетика – основа Экономического роста Украины

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4

Сопоставимые  показатели потребления энергетического  торфа  
в ведущих торфодобывающих странах мира (1997 год)

 

Страна Потребление,   млн. т Доля в национальном   энергобалансе, % Доля в мировом   потреблении торфа, % Финляндия 8,1 11,0 37,4 Ирландия 4,8 15,3 22,2 Россия 3,2 0 ,2 14,9 Белоруссия 2,7 4,1 12,3 Швеция 0,9 0,7 4,0 Украина 0,8 0,2 3,5

 

 

В ближайшие годы резко увеличить добычу торфа в Украине (до 5 млн. т/год) можно за счет эксплуатации уже разрабатываемых месторождений, расположенных в 10 регионах.

При соответствующем уровне потребления  можно заместить примерно 7 % объема потребляемого в настоящее время угля.

Разумеется, наиболее перспективной является переработки  торфа в высокоэнергетические виды котельного и моторного топлива.

Созданная группой  ученых и инженеров ОО ИАУ плазмохимическая технология переработки различных видов углеводородного сырья в синтетическое жидкое топливо позволяет эффективно перерабатывать торф в котельное топливо, бензин и дизельное топливо.

Внедрение плазмохимической технологии переработки торфа значительно  расширит собственную сырьевую базу энергоносителей в Украине.

 

3. Бурый уголь

Украина принадлежит  к странам частично обеспеченным традиционными видами первичной  энергии. Собственная сырьевая база Украины по нефти и газу является ограниченной, что ставит страну в  зависимость от поставок этого органического  топлива из внешних источников и в первую очередь, из Российской Федерации.

Вторая особенность  нашей экономики – большой  удельный вес в структуре валового внутреннего продукта энергоемких  отраслей: металлургии, химии, производства цемента и других, что делает экономику Украины еще более энергоуязвимой.

В тоже время  Украина располагает собственной  мощной ресурсной базой энергетического  сырья, пригодного для производства синтетического жидкого топлива, в  том числе, бензина и дизельного топлива. Этим, альтернативным нефти, органическим сырьем является бурый уголь.

Максимальное  увеличение объемов использования бурого угля в энергетике Украины является ключевым фактором обеспечения ее энергетической независимости.

Рассмотрим ряд новых технологий производства синтетического жидкого топлива из бурого угля.

 3.1. Новая технология получения эмульсионного топлива из бурого угля

 Дефицит топливно-энергетических ресурсов в Украине настоятельно требует как наиболее рационального использования имеющихся ресурсов, так и разработки способов получения новых нетрадиционных их видов, удовлетворяющих энергетическим и экологическим требованиям.

Ограниченность  запасов углеводородов не позволяет  Украине глобально решить проблему увеличения собственной добычи энергетического  сырья нефтяного происхождения.

В тоже время  Украина располагает собственной  мощной ресурсной базой энергетического  сырья, пригодного для производства альтернативного жидкого топлива  – эмульсионного топлива для  энергетических установок и дезельного топлива.

Ниболее интенсивные работы в области разработки способов получения и применения альтернативных видов топлив на основе коллоидных систем ведутся в ряде экономически развитых стран мира (США, Япония, Великобритания, Германия и др.) и уже в настоящее время можно привести примеры их успешного промышленного использования.

С целью создания современной технологии получения  альтернативного жидкого топлива  из неэнергетического бурого угля группа украинских ученых осуществила цикл фундаментальных научных исследований состава и структуры бурого угля и закономерностей их изменения в зависимости от возраста, исследовала золь-гель процесс в двойных и тройных системах минеральных и органиченских веществ, что позволило установить условия получения устойчивых эмульсионных топлив, в состав которых входят жидкие углеводороды, модифицирующие добавки, вода и поверхностно-активные вещества.

 В процесе проведения исследований было обнаружено новое явление – при определенных условиях взаимодействия бурого угля с модифицирующими добавками бурый уголь из твердого агрегатного состояния переходит в жидкое агрегатное состояние при комнатной температуре и атмосферном давлении, и установлены граничные условия фазовых переходов.

Это открытие позволило  на его основе создать современную  технологию получения эмульсионного топлива для энергетических установок.

Технология  получения эмульсионного топлива  включает следующие основные стадии: ожиженние бурого угля, стабилизацию эмульсионной системы и очистку эмульсионной системы от механических примесей и взвешенных частиц.

На первой стадии осуществляется процесс ожижения бурого угля. В размольно-смесительный аппарат, представляющий собой двухчервячный смеситель непрерывного действия, загружается бурый уголь и модифицирующие добавки, вода и ПАВ. В процесе размола и гомогенизации компонентов смеси осуществляется модификация бурого угля: изменяется высокомолекулярная структура, состав фрагментов, разрушаются электронно-донорно-акцепторные связи, что приводит к деполимеризации бурого угля и превращению его в эмульсию, представляющую собой жидкие углеводородные капли, распределенные в водной среде.

 На второй  стадии осуществляется стабилизация  эмульсионной системы в кавитационном  реакторе.

На третьей  стадии осуществляется очистка эмульсионной системы от механических примесей и взвешенных частиц. Очистка осуществляется оригинальным, не имеющим аналогов, способом  –  гравитационной очисткой.

Установка гравитационной очистки эмульсионной системы не имеет вращающихся, изнашиваемых частей и фильтров, отличается низкими энергетическими затратами и эксплуатационными расходами.

Полученная  эмульсия обладает всеми необходимыми регламентированными физико-химическими  свойствами. К таким свойствам  относятся стабильность топливной  системы в течении длительного  времени, технологически приемлемые значения реологических параметров – низкая вязкость, низкие значения пределов текучести, отсутствие выраженных тиксотропных свойств, предельная однородность каогуляционных структур.

Эмульсия отвечает основному требованию, которое предъявляется  к эмульсионным топливам, в эмульсии содержится высокая концентрация горючей основы, достаточной для обеспечения высокой калорийности топлива.

Применение  эмульсионного топлива повышает экономичность энергоустановок, как  за счет снижения недожега, так и  вследствие уменьшения загрязнения рабочих поверхностей нагрева в котлах. Снижение недожега обусловлено тем, что вода в зоне горения в виде перегретого пара способствует более тонкому распылению углеводородной основы. Это приводит к практически полному (99,7%) ее выгоранию и, как следствие, к существенному снижению в отходящих газах сажи, бензопирена и вторичных углеводородов.

Эмульсионное  топливо является экологически чистым видом альтернативного жидкого  топлива также и потому, что  помимо уменьшения в отходящих газах перечисленных выше вредных выбросов, при его горении существенно снижается концентрация оксидов азота и серы.

Это связано  с протеканием химических реакций  в процеесе горения, в которых  принимает участие вода, являющаяся одним из компонентов топлива. Это  – реакционные процессы взаимодействия перегретого водяного пара с углеводородами топлива и термической диссоциации воды.

Образующийся  в результате протекающих реакционных  процессов кислород стабилизирует  процесс горения, а водород и  монооксид углерода выступают мощными восстановителями в реакционной газовой смеси и способствуют резкому уменьшению в отходящих газах оксидов азота и серы.

Кроме этого, при  сжиганиии эмульсионного топлива  существенно снижается количество нагара внутри топочных камер, на поверхности форсунок, а также отложений в котлоагрегатах. Изменение механизма горения топливых эмульсий приводит не только к увеличению их экологичности. Установленным фактом является повышение общего КПД котла на 3-5 %, а также существенная экономия имеющихся энергоресурсов.

Основные технологические  процесы новой технологии исследованы  и испытаны на пилотных установках.

Создание производства эмульсионного топлива на основе неэнергетического бурого угля является важной общегосударственой задачей, решение  которой откроет Украине путь к энергетической независимости.

3.2. Плазмохимическая технология производства синтетического жидкого топлива из бурого угля

 Экономический  потенциал каждой страны во  многом зависит от наличия  залежей полезных ископаемых  и месторождений углеводородов на ее территории. Украина не обладает собственными значительными запасами нефти: ежегодная добыча нефти в Украине  составляет около  3 млн. тонн, а газового конденсата 1,5 млн. тонн.

Для обеспечения  минимальных потребностей хозяйства  Украины в нефтепродуктах только за счет собственного их производства необходимо перерабатывать на НПЗ  20-22 млн.тонн нефти.

Потребность Украины  в нефти составляет около  35-40 млн. тонн в год.

За счет собственных  ресурсов нефти покрывается только 20% потребности в энергетическом сырье.

 Остальные  потребности в энергетическом  сырье покрываются за счет  импорта нефти из России и  Казахстана.

Ежегодный объем  поставок нефти на украинские НПЗ  составляет в среднем около                     26 млн. тонн.

Значительные  масштабы импорта энергетического сырья в Украину существенно влияют на экономическую политику страны, а иногда просто ставят под угрозу ее энергетическую безопасность.

Ограниченность  запасов углеводородов не позволяет  Украине глобально решить проблему увеличения собственной добычи энергетического сырья нефтяного происхождения.

В тоже время  Украина располагает собственной  мощной ресурсной базой энергетического  сырья, пригодного для производства синтетического жидкого топлива, в  том числе, бензина и дизельного топлива. Этим, альтернативным нефти, органическим сырьем является бурый уголь.

Основные запасы бурого угля в Украине сосредоточены  на месторождениях Днепровского буроугольного  бессейна (2,2 млрд.т). В настоящее  время добыча бурого угля в Украине  осуществляется в 4-х буроугольных районах Днепробасса: Александрийском, Ватутинском, Новомиргородском и Коростышевском.  Мощность  пластов  10 – 100 м.

Украина располагает  значительными запасами бурого угля, пригодного для топливно-энергетического и химико-технологического использования. Наиболее перспективными для освоения являются Верхнеднепровское и Ново-Дмитриевское месторождения бурого угля.

Не исчерпаны  сырьевые ресурсы Александрийского региона, в котором в настоящее  время ведется добыча бурого угля. ГКХ «Александрияуголь» располагает достаточной сырьевой базой для строительства модульных установок производительностью  300– 500 тыс.т/год рядового бурого угля.   

Прогнозные  ресурсы бурого угля в Украине  составляют 7,4 млрд.тонн в пределах Житомирской, Черкасской,  Кировоградской,  Днепропетровской,  Запорожской и, частично, Винницкой и Киевской областях, из них балансовые запасы — 2,2  млрд. тонн.

В эксплуатации находятся 5 шахт и 6 угольных разрезов на 8 месторождениях, расположенных  в Житомирской, Черкасской и  Кировоградской  областях.

Решение проблемы обеспечения двигателей внутреннего  сгорания эффективными видами альтернативных топлив, изготовленных из ненефтяного  сырья, имеет большую актуальность для Украины.

С целью создания современной технологии получения синтетических жидких топлив из бурого угля группа украинский ученых осуществила цикл фундаментальных научных исследований состава и структуры бурого угля и закономерностей их изменения в зависимости от возраста. В результате проведенных исследований были установлены физико-химические условия создания и распада разнообразных связей, которыми соединены между собой ароматические, гидроароматические, гетероциклические и алифатические фрагменты, входящие в состав высокомолекулярных природных полимеров угля. Было установлено, что для более молодых бурых углей характерно более высокое содержание гетероатомов, а макромолекулы в структуре этих углей соединяются между собой, преимущественно, с помощью электронно-донорно-акцепторных механизмов.