Кузьмина Т

Кузьмина Т.И.

Московский государственный открытый университет, Россия

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ И СОВРЕМЕННОГО УРОВНЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕРЫ, СОДЕРЖАЩЕЙСЯ В УГЛЯХ И ПРОДУКТАХ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ

В настоящее время сера получается из природной руды, коксовых, природных и нефтяных газов, а также из отходов руд цветных металлов. Из перечисленных видов серусодержащего сырья только природные руды добываются специально для производства элементарной серы. Во всех других случаях она является побочным продуктом переработки металлургических руд, угля, нефти и природного газа.

Однако высокая обеспеченность нашей страны серусодержащим сырьем не снимает проблемы поиска новых его видов, которые могут быть получены как основные или побочные продукты.

Первое место среди потенциальных источников серусодержащего сырья занимает органическое топливо. При современных масштабах его добычи в нем содержится примерно 20 млн. т серы в год, в том числе в углях - 10 млн.т, сланцах - 0,38 млн.т и нефти - 9 млн.т. Следует также подчеркнуть, что в процессе сжигания топлива и переработки сырья сера в основной своей массе (если она не была до этого удалена) переходит в дымовые газы электрических станций и промышленных печей и частично - в вырабатываемую продукцию.

Практическая значимость извлечения серы из всех видов топлива вполне очевидна. Однако наиболее перспективными источниками серусодержащего сырья являются каменные и бурые угли.

Правомерность такой постановки подчеркивается двумя обстоятельствами: во-первых, добываемый уголь по качеству содержащейся в нем серы занимает первое место среди других источников серусодержащего сырья (без учета природной серы); во-вторых, запасы только в высокосернистых углях (кизеловских, днепровских, черемховских, подмосковных, донецких, львовско-волынских) значительно превосходят годовую потребность народного хозяйства в серопродуктах.

В настоящее время сера из углей только частично извлекается на обогатительных фабриках и коксохимических заводах. На предприятиях первого типа она переходит в отходы и выбрасывается в породные отвалы, а на предприятиях второго типа используется в различных направлениях. На коксохимических заводах нашей страны ежегодно улавливается 40-45 тыс.т серы.

Следовательно, можно сказать, что почти вся сера, находящаяся в каменных и бурых углях, безвозвратно теряется как химическое сырье. Бесследно исчезает с большим трудом добытое сырье, принося при этом вред окружающей среде.

В поисках наиболее приемлемых технических путей улавливания сернистых соединений из различных видов органического топлива и дымовых газов промышленных предприятий во многих странах мира выполнен большой объем научно-исследовательских и опытных работ. Некоторые технические решения рассматриваемой проблемы нашли практическую реализацию на фабриках, заводах и электростанциях.

В результате этих работ и проведенных исследований предложено несколько технологических схем, применение которых в промышленных условиях позволит улавливать серу на стадии подготовки топлива к сжиганию или на конечной стадии технологической схемы процессов - из отходящих дымовых газов.

В первом случае задача решается на основе применения механических и термических методов переработки топлива, а во втором - на основе использования различных поглотителей (адсорбционных материалов).

Выделение серы из углей на основе использования механических методов их переработки.

Одним из путей повышения качества твердых горючих ископаемых является обогащение их по золе. Одновременно с удалением золы, ради чего строятся обогатительные фабрики, происходит облагораживание углей по сере. Так, на обогатительных фабриках, оборудованных установками с тяжелыми средами и отсадочными машинами, вместе с породой удаляется примерно 15-20% серы. При этом все это качество серы переходит в отходы обогащения и полностью выбрасывается с ними в породные отвалы. Поэтому, вполне естественно, затраты на процесс по облагораживанию углей полностью относятся на уголь. Среднее значение этих затрат по удалению примесей из карагандинских, кузнецких, печорских, челябинских, черемховских и минусинских углей, в результате обогащения которых удаляется примерно 80% золы и некоторое количество серы, характеризуется следующими величинами представленными в табл. 2

Таблица 2

Затраты на облагораживание углей по золе и сере

Объекты обогатительной фабрики	Затраты
	Капитальные		Эксплуатационные
	Руб.т.	%	Руб.т.	%
Основная часть	5,7	97,0	0,75	90,0
Породное хозяйство	0,2	3,0	0,08	10,0
Итого	5,9	100,0	0,83	100,0

Разработаны технологические схемы (методы), предназначенные для облагораживания углей по сере. Так, в Подмосковном бассейне в составе Кимовской обогатительной фабрики находится установка по выделению серы из углей [1].

В результате обогащения из 1000 кг исходного сырья получается 909 кг энергетического топлива, 28 кг углистого колчедана, 30 кг огнеупорной глины и 33 кг отходов.

Следует отметить, что затраты на выделение углистого колчедана из высокосернистых углей вполне сопоставимы с аналогичными расходами по добыче (выделению) других видов серусодержащего сырья.

Улавливание сернистых соединений из углей на основе применения термохимических методов их переработки

Как было указано выше, процессы механического обогащения углей позволяют снизить содержание в них серы лишь на 15-20%, а применение специальных дополнительных методов - на 35-40%. Но и после этого в углях остается относительно большое количество серы, которая в дальнейшем перейдет в дымовые газы и будет, выброшена в атмосферу. Поэтому возникает необходимость поиска технических путей решения этой проблемы.

Одним из перспективных направлений извлечения серы на стадии подготовки топлива к использованию признается сейчас применение термохимических методов предварительной обработки. В результате нагревания угля сера перейдет в газообразное состояние, при котором возможно применить технически доступные и освоенные методы для ее улавливания. Так, наиболее полное облагораживание углей может быть осуществлено в промышленных условиях, масштабах на основе безостановочной их газификации. Только в этом случае, т.е. когда уголь превращен в газообразное состояние, представляется возможным почти полностью извлечь из него серу. При проведении опытов в Институте горючих ископаемых (ИГИ) в качестве реагентов использовали железную руду и окислы марганца. Степень очистки газа от серы в этом случае составляла 95%.

Опытами также установлено, что степень насыщения реагентов серой составляла 18%. Заметим, что все предприятия по производству элементарной серы получают природную руду с шахт и разрезов с содержанием полезного вещества (серы) до 25%. Следовательно, с этих позиций реагенты, насыщенные серой, могут рассматриваться как сырье для производства серопродуктов.

Предварительная газификация углей, позволяющая решить проблему извлечения сернистых соединений, потребует дополнительных капитальных вложений и определенных текущих затрат. Это связано со строительством и эксплуатацией производственных объектов, призванных обеспечить превращение углей в газообразное бессернистое топливо (табл. 3).

Таблица 3

Затраты на облагораживание углей по сере методом газификации, руб.

Показатели	Значение показателя в расчете на
Показатели	1000м³ газа	1 т. угля	1 т. угля
Капитальные вложения	4,25	7,48	24,90
Расходы по переработке ¹⁾	1,22	2,15	7,13

¹⁾ Без учета стоимости сырья (углей)

Приведенные выше затраты следует рассматривать как дополнительные по отношению к углю, подвергшемуся газификации с целью удаления из него сернистых соединений. Одновременно следует ожидать снижения затрат в сфере использования газа, что обуславливается рядом причин. В частности, при сжигании его на электростанциях будет достигнута экономия на стадии подготовки топлива, поскольку полностью исключаются трудоемкие и капиталоемкие операции по пылеприготовлению (подготовка углей для газификации будет включать только две стадии: рассев и дробление).

Экономия будет достигнута за счет снижения затрат в строительство и эксплуатацию дымовых труб. Как известно, для ограничения вредных действий сернистого ангидрида, выбрасываемого с дымовыми газами электростанций, введена предельно допустимая норма его концентрации в воздухе. Соблюдение этой нормы в настоящее время обеспечивается за счет ограничения установленной мощности электростанций и увеличения рассеивающей способности дымовых труб. В свою очередь заметим, что рассеивающая способность труб во многом определяется их высотой. Следовательно, электростанции, использующие высокосернистый уголь, должны иметь более высокие трубы и нести повышенные затраты на их строительство и эксплуатацию по сравнению с электростанциями, сжигающими бессернистый газ.

Значительное снижение затрат можно ожидать в строительстве и эксплуатации пылеочистных аппаратов, поскольку электростанции, переведенные на бессернистый и обеспыленный газ, окажет положительное влияние на улучшение теплотехнических показателей работы оборудования: увеличится число часов использования установленной мощности, повысится кпд паровых котлов, снизится штатный коэффициент и др.

Улавливание сернистых соединений из отходящих (дымовых) газов

Концентрация сернистого ангидрида в дымовых газах зависит от содержания серы и топлива. В данных условиях она колеблется от 0,1 до 0,38 объемных процентов и выше.

Дымовые газы электростанций по этому признаку делятся на четыре группы: первая - до 0,1%, вторая - от 0,1 до 0,15%, третья - от 0,2 до 0,25 и четвертая - от 0,3 и выше [2].

Для тепловых электростанций характерными являются дымовые газы второй и третьей группы. Выбросы дымовых газов с концентрацией сернистого ангидрида 0,3% и выше производятся относительно небольшим числом электростанций.

Применительно к дымовым газам таких составов были разработаны и в укрупненных условиях проверены несколько методов: известковый, магнезитовый и аммиачный. В этом случае поглощение сернистого ангидрида соответственно осуществляется известью, водной суспензией окиси магния и раствором сульфита аммония и потребует следующих затрат (табл. 4):

Таблица 4

Затраты на улавливание сернистых соединений из отходящих дымовых газов, руб./1000 м³

Метод	Затраты при концентрации сернистого ангидрида, %
	Капиталовложения			Эксплуатационные издержки
	0,1	0,21	0,38	0,1	0,21	0,38
Известковый	0,61	0,83	1,22	0,15	0,22	0,34
Магнезитовый	1,10	1,50	2,30	0,18	0,13	0,11
Аммиачный	0,69	0,73	9,90	0,16	0,01	0,09

Относительно высокие затраты на улавливание обусловливаются большим выходом газов на 1 кг угля и низкой концентрацией в них сернистых соединений.

Приведенные выше удельные затраты по извлечению серы из углей на основе методов обогащения и газификации, а также по улавливанию сернистых соединений из дымовых газов являются исходной базой для определения сравнительной эффективности.

Рассматриваемые методы в случае сочетания их с электростанциями, по эффективности (в порядке убывания) располагаются в следующей последовательности: I) улавливание сернистых соединений из горючих газов, получаемых при газификации углей; 2) улавливание сернистых соединений из дымовых газов; 3) извлечение серы методом обогащения [3].

Литература

I. Малявко А.Р., Нехороший И.Х. Обогащение и брикетирование угля// ЦНИЭИ уголь. - М. - 1973.

2. Балычева К.В. Вопросы экономической эффективности очистки дымовых газов тепловых электростанций от золы и сернистого ангидрида\\ Автореферат.- М. - I97I.

3. Крапчин И.П. Эффективность использования углей./М.: Недра. - 1976.

РЕЦЕНЗИЯ