На современном этапе лишь с очень большой степенью приближения можно говорить об экологически чистых угольных технологиях. Однако мнение, что применение угля вообще неприемлемо, с точки зрения его воздействия на окружающую среду, является ошибочным. Уже сейчас существует широкий спектр технологий по переработке и утилизации угля, которые совместимы с окружающей средой. Эти технологии основаны на меньшем потреблении энергии и ресурсов, рециркуляции части отходов и продуктов, получении меньшего количества отходов, к тому же более приемлемых для окружающей среды. Развитие таких технологий способствует продвижению угля в качестве конкурентоспособного и безопасного источника энергии.
Только такие угольные технологии, которые позволят резко снизить выбросы в атмосферу вредных примесей, а также уменьшить эмиссию диоксида углерода при увеличении энергетической и технологической эффективности, можно рассматривать как экологически чистые угольные технологии, совместимые с окружающей средой.
Традиционные методы добычи и потребления угля обусловливают превращение угольных регионов в зоны экологического бедствия. Особенно это характерно для производств, на которых сжигают уголь. Так, на каждый киловатт установленной мощности угольной электростанции ежегодно выбрасывают в атмосферу 500 кг золы и шлаков, 75 кг окислов серы и 10 кг окислов азота. В результате небольшая электростанция мощностью 200 МВт в течение года выбрасывает в атмосферу 100 тыс. т твердых частиц, 15 тыс. т сернистых соединений и 2 тыс. т окислов азота.
В связи с этим отечественной топливной энергетике крайне необходимы новые современные экологически чистые угольные технологии!
К нетрадиционным экологически чистым технологиям разработки угольных пластов и сжигания угля в первую очередь следует отнести подземную газификацию угля. При подземной газификации уголь на месте залегания превращают в газообразный горючий энергоноситель путем подвода к раскаленной угольной поверхности (через систему дутьевых скважин) окислителя и отвода (через другую систему газоотводящих скважин) образовавшегося горючего газа.
Теплота сгорания газа, полученного при подземной газификации угля на воздушном дутье, может достигать 4,65,4 МДж/м3. При применении дутья, обогащенного кислородом (концентрация кислорода в дутье 65 %), теплота сгорания газа достигает 6,7 МДж/м3, а на чистом техническом кислороде (концентрация кислорода в дутье 98 %) до 1011 МДж/м3.
Новые технологические приемы и конструктивные решения существенно превосходят уровень подземной газификации угля семидесятых годов двадцатого века, когда СССР была продана лицензия на технологию подземной газификации угля в США. Новые конструкции дутьевых и газоотводящих скважин, а также управляемая система выгазования угольного пласта позволяют получить следующие преимущества:
устойчиво получать газ с теплотой сгорания 4,65,4 МДж/м3 на воздушном дутье и 1011 МДж/м3 на кислородном дутье;
повысить степень выгазования угольного пласта до 9095 %;
снизить утечки газа из подземного газогенератора до 5 %;
повысить коэффициент полезного действия газификации до 80 %;
минимизировать экологическое воздействие на подземную гидросферу;
отрабатывать оставленные запасы угольных шахт, в том числе закрывающихся, методом нагнетательно-отсосной технологии подземной газификации угля;
разрабатывать глубоко залегающие угольные пласты и учитывать при этом проявление горного давления;
уменьшить количество буровых скважин и снизить расходы на бурение в себестоимости газа с 30 до 10 %;
получать газообразный энергоноситель, себестоимость которого в 1,52 раза ниже, чем себестоимость условного топлива на соседних угольных шахтах;
получать из газа подземной газификации угля заменитель природного газа, себестоимость которого $6070/1000 м3.
Для предприятия подземной газификации угля оптимальным является выгазование
400500 тыс. т у. т. / год, при этом размер инвестиций на строительство такого предприятия составляет 25002600 руб. / т у. т. [9]
Подземная газификация угля, в отличие от традиционных способов его добычи, не создает экологические ущербы при добыче, хранении и транспорте угля, а главное при его сжигании, т. к. в отходящих продуктах не содержатся твердые частицы (зола и несгоревший уголь) и существенно меньше экологически вредных компонентов (NОх, SО2 и СО). Поэтому одновременно с разработкой экологически чистых угольных технологий необходимо активизировать разработку эффективных технологий добычи нетрадиционных углеводородных ресурсов, о которых было сказано выше (рис. 1).
Большинство каменноугольных месторождений Российской Федерации газоугольные. Метаноносность высокометаморфизованных угольных пластов таких месторождений возрастает с увеличением глубины их залегания и достигает 4550 м3/т. Сорбированный метан угленосной толщи, а также метан свободных скоплений, с одной стороны, становится причиной взрывов в угольных шахтах, которые приводят к гибели шахтеров, а с другой стороны ценным газообразным энергоносителем.
Задача заключается в изыскании экономически выгодных и эффективных технологий извлечения угольного метана. Дегазация угольных месторождений возможна как из существующих шахтных горных выработок, так и заблаговременно, до начала строительства шахты. На наш взгляд, наиболее целесообразна и безопасна предварительная дегазация угольных пластов.