Концепция ТЕРМОКОКС

В течение последнего десятилетия компания «Термококс» на практике реализует новую концепцию использования низкосортных углей (низкой степени метаморфизма).

Суть ее заключается в том, что с точки зрения экономической и экологической эффективности целесообразно газифицировать или сжигать только летучие компоненты угля, а полученный коксовый остаток использовать как специализированное технологическое и металлургическое топливо более высокого класса, углеродистый восстановитель и сорбент. Таким образом, из дешевого угля экологически чистым способом производится два продукта с высокой потребительской стоимостью. Продажа только одного из них позволяет компенсировать практически все эксплуатационные затраты производственного цикла. В этом случае условная расчетная себестоимость второго продукта оказывается близкой к нулю.

Компания «Термококс» разработала серию энерготехнологических процессов переработки угля, объединенных под общей зарегистрированной торговой маркой ТЕРМОКОКС®, в рамках которых обеспечивается положительный экономический эффект комбинированного производства. Технологии серии ТЕРМОКОКС ориентированы на использование дешевых низкосортных углей, что обеспечивает им беспрецедентное экономическое преимущество. Важно отметить, что большинство этих технологий прошло успешную апробацию на опытно-промышленном уровне.

Технологии ТЕРМОКОКС отличаются высокими экологическими показателями. В цикле полностью отсутствуют золошлаковые отходы и сточные воды. Выбросы при сжигании газа из угля на порядок чище, чем выбросы традиционных процессов сжигания угля.

Сочетание всех особенностей технологий ТЕРМОКОКС выводит их на новый, прорывной уровень использования дешевых углей с кратным увеличением экономической и экологической эффективности. Линейка технологий ТЕРМОКОКС на данный момент представлена четырьмя позициями:

ТЕРМОКОКС-СГ

Целевой продукт: горючий газ из угля

Технология ТЕРМОКОКС-СГ является исторически первой разработкой компании «Термококс», относящейся к началу 90-х годов. Она предполагает полную газификацию угля в слоевых реакторах с обращенным дутьем.

При определенном режиме воздушной газификации фракционированный уголь полностью превращается в горючий газ, от угля остается только зольный остаток. ТЕРМОКОКС-СГ относится к классу автотермических технологий, что радикально снижает удельные энергозатраты на производство горючего газа. Применение технологии ТЕРМОКОКС-СГ дает значительный экономический эффект при переводе энергетических или технологических установок с дорогих видов топлива – топочного мазута, дизтоплива, пропан-бутановой смеси и природного газа – на газ из угля. Удельные капитальные затраты зависят от индивидуальных условий исполнения блока газификации угля и составляют примерно 40 USD/кВт установленной мощности по газу. Как и все процессы данной серии, ТЕРМОКОКС-СГ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими процессами термической переработки угля.

  1. Экологическая безопасность. Органические соединения угля подвергаются полной газификации внутри аппарата, и поэтому газ не содержит смолистых веществ. Вследствие низкой скорости фильтрации нет выноса твердых частиц из слоя – аппарат работает как зернистый фильтр. Поэтому горючий газ можно использовать без предварительной очистки.
    При его сжигании удельные выбросы NOх, SOх, CO и пыли в 10-30 раз (по разным компонентам) ниже, чем у угольной котельной или ТЭЦ (это подтверждено инструментальными замерами природоохранной службы на действующих промышленных установках) и ниже действующих нормативов. В отличие от традиционных технологий сжигания угля, в процессе ТЕРМОКОКС-СГ исключена эмиссия вредных полиароматических углеводородов, в том числе бензапирена, оказывающего очень сильное канцерогенное и мутагенное действие. В технологии не используется вода и не производится конденсация продуктов термического разложения, следовательно, отсутствуют технологические сточные воды.
  2. Возможность переработки мелкозернистых углей
  3. Простота аппаратурного оформления и надежность оборудования, благодаря чему удельные капитальные и эксплуатационные затраты ниже, чем в других технологиях полной газификации угля.
  4. Модульный принцип реализации технологии.

Установка для получения горючего газа из угля для сушки зерна (Балахта, Красноярский край)

ТЕРМОКОКС-С

Целевые продукты: термококс и горючий газ

Технология ТЕРМОКОКС-С представляет собой частичную газификацию (карбонизацию) угля в слоевых аппаратах шахтного типа с обращённым воздушным дутьем.

Принципиальная схема предельно проста: в реактор, наполненный фракционированным углем, подается воздух, который в результате газификации органической части угля превращается в горючий газ. Твёрдый продукт – термококс, в зависимости от технологических параметров процесса представляет собой среднетемпературный кокс или углеродный сорбент.

Переработка сырья осуществляется в точно таких же аппаратах, как и при полной газификации угля (технология ТЕРМОКОКС-СГ). Различие заключается только в технологических режимах. Автотермическая схема радикально снижает удельные энергозатраты на производство целевых продуктов, поскольку необходимая для разложения угля энергия производится непосредственно внутри реактора. Коэффициент полезного использования энергии угля составляет около 96%. Промышленное предприятие по данной технологии построено в г. Красноярске ещё в 1996 году (завод активированных углей ЗАО «Сорбентуголь», с 2000 года – ЗАО «Карбоника-Ф»).
Технология ТЕРМОКОКС-С имеет ряд преимуществ по сравнению с другими процессами термической переработки угля.

  1. Высокое качество твёрдого продукта (среднетемпературного кокса или углеродного сорбента) – низкий остаточный выход летучих веществ (2-10% в зависимости от типа угля и режимных параметров процесса), высокие калорийность (до 7000 ккал/кг) и реакционная способность, высокое электросопротивление, что особенно важно для электрометаллургических процессов.
  2. Экологическая безопасность. Горючий газ не содержит смолистых веществ. Вследствие низкой скорости фильтрации нет выноса твёрдых частиц из слоя – аппарат работает как зернистый фильтр. Поэтому горючий газ можно использовать без предварительной очистки. При его сжигании удельные выбросы NOх, SOх, CO в 10-30 раз (по разным компонентам) ниже, чем фактические выбросы угольной котельной или ТЭЦ (это подтверждено инструментальными замерами природоохранной службы на действующих промышленных установках) и радикально ниже действующих нормативов. В отличие от традиционного сжигания или коксования угля, в технологии ТЕРМОКОКС-С нет эмиссии исключительно вредных полиароматических углеводородов, в том числе бензапирена, оказывающего очень сильное канцерогенное и мутагенное действие. В технологии не используется вода и не производится конденсация продуктов термического разложения, следовательно, отсутствуют технологические сточные воды.
  3. Возможность переработки мелкозернистых углей.
  4. Простота аппаратурного оформления и надежность оборудования благодаря чему удельные капитальные и эксплуатационные затраты ниже, чем в других технологиях неполной.
  5. Модульный принцип реализации технологии.
    При эксплуатации в режиме производства углеродного сорбента примерно из 6 тонн бурого угля производится 1 тонна очень дорогого (порядка 1000 USD/т) продукта и около 12 Гкал энергии в виде теплоты сгорания генераторного газа, который имеет условно нулевую себестоимость и может использоваться для производства тепла и электрической энергии.

При эксплуатации в режиме производства металлургического кокса примерно из 2 тонн длиннопламенного угля можно получить 1 тонну коксового орешка, рыночная цена которого также с большим запасом перекрывает эксплуатационные затраты предприятия. Поэтому примерно 5 Гкал энергии в виде попутного генераторного газа также имеют условно нулевую себестоимость.
Стоимость отпускаемой тепловой энергии, полученной в процессе переработки угля, в несколько раз ниже действующих тарифов, поскольку основная часть эксплуатационных затрат компенсируется за счёт продажи коксовой продукции.

Принципиальная схема действующего производства термококса с предварительной газификацией угля в г. Красноярске

Цех производства буроугольного термококса и газа из угля в г. Красноярске
(ЗАО "Карбоника-Ф", до 2001 года – ЗАО "Сорбентуголь")

ТЕРМОКОКС-КС

Целевые продукты: термококс и тепловая энергия (пар или горячая вода)

Процесс ТЕРМОКОКС-КС разработан для производства буроугольного кокса на базе типовых энергетических котлов и отличается более высокой удельной производительностью и единичной мощностью установок.

Типовой котел сохраняет свое первоначальное предназначение: он производит номинальный объем тепловой энергии (горячей воды или пара). В нижнюю часть топки встраивается реактор кипящего слоя для частичной газификации угля. Продукты газификации, а также унос мелкодисперсного угля частично сгорают в кипящем слое и окончательно дожигаются в надслоевом пространстве котла.

За счёт двукратного увеличения подачи топлива котел переводится в режим работы с максимальным механическим недожогом. Однако этот «недожог» представляет собой высокореакционный среднетемпературный кокс с калорийностью 6500-7000 ккал/кг, который может использоваться в качестве технологического топлива в целом ряде металлургических переделов. Естественно, что в таком исполнении технология не имеет золошлаковых отходов, а запыленность дымовых газов существенно снижается.

Энергетический баланс производства выглядит следующим образом: около 40-45% калорийности исходного угля в виде горючего газа и угольной пыли используется в цикле производства тепловой энергии, остальная часть переходит в теплоту сгорания кокса. Таким образом, при переработке бурых углей для получения одной тонны кокса используется тепловой эквивалент немногим более двух тонн угля и еще столько же – для производства энергетической продукции (горячей воды или пара).

Продажа твёрдого продукта полностью компенсирует сырьевые затраты энерготехнологической установки в целом. Это эквивалентно производству тепловой продукции (горячей воды или пара) из топлива с нулевой ценой.

Ни один из известных способов генерации тепла из природных видов топлива не может составить конкуренции данной технологии в области малой и средней энергетики.

Безусловно, данная технология имеет локальную сферу применения, ограниченную использованием малозольных углей, что обусловлено требованиями к техническим характеристикам производимого металлургического кокса. В первую очередь, для переработки рекомендуются бурые угли Канско-Ачинского бассейна, а также ряд углей марок Д и Г, добываемых на Кузбассе.

Автотермическая технология производства буроугольного кокса в кипящем слое реализована в 2008 году на уровне опытно-промышленной установки на базе серийного водогрейного котла КВТС-20.

В настоящее время ведется проектирование промышленной установки.

Схема энерготехнологической установки Термококс-КС

Энерготехнологическая установка Термококс-КС на базе типового угольного котла БКЗ-75, цветом выделены модифицируемые узлы

Котел КВТС-20, реконструированный под выпуск буроугольного кокса (Красноярский край, ОАО "СУЭК")

ТЕРМОКОКС-О2

Целевые продукты: термококс и синтез-газ

Одна из основных проблем производства жидких углеводородов из угля – низкая экономическая эффективность современных технологий.

Замена воздушного дутья на кислородное в процессе ТЕРМОКОКС-С позволила совершить качественный технологический и экономический рывок:

  • в несколько раз возросла скорость производства кокса;
  • попутный газ состоит преимущественно из СО и Н2, то есть представляет собой синтез-газ химического назначения.

Объединение в одну технологию двух процессов с различными целевыми продуктами обеспечивает уникальный экономический эффект: продажа коксовой продукции практически полностью компенсирует затраты на производство синтез-газа. Это эквивалентно производству синтетических углеводородов из «бесплатного» сырья.

Технология сохраняет все экологические преимущества безотходных процессов серии ТЕРМОКОКС. В отличие от классической технологии газификации, используемой, в частности, на заводах компании SASOL (Южно-Африканская Республика), в процессе ТЕРМОКОКС-O2 продуктовый газ не содержит смолистых веществ, в производстве отсутствуют фенольные сточные воды и другие вредные вещества. В связи с этим из технологической схемы исключаются установки для очистки газа от смолистых веществ и их последующей утилизации.

Технология ТЕРМОКОКС-О2 ориентирована на использование малозольных углей низкой степени метаморфизма – в первую очередь, бурых углей Канско-Ачинского бассейна.

Принципиальная схема Термококс-О2