Чтобы кузбасским угольщикам выжить, им придется в значительной степени сменить специализацию и стать не только специалистами по добыче угля, но и знатоками органического синтеза. Хотя эти области далеки друг от друга сейчас, тем не менее, между ними пролегает, образно говоря, углеродная нить.
Углеродное волокно — материал отличный, подходит и для тканей, и для армирования композитов. Производство углеродного волокна спасло бы кузбасских угольщиков, но тут есть серьезное препятствие: углеродное волокно — это не уголь, и делается не из угля.
Кратко говоря, углеродное волокно делается путем термической обработки в несколько стадий: сначала длительное постепенное окисление при температуре 250 градусов, затем карбонизация или нагрев в атмосфере азота при температурах от 800 до 1500 градусов, а затем графитизация при температуре свыше 1600 градусов в атмосфере азота или аргона. Полуфабрикатом для такой обработки выступает синтетическое волокно: вискоза, полиакрилонитрил, полиэтилентерефталат. Эти виды волокон производят в основном из нефтегазового сырья.
Получается, что угледобывающие компании в стороне от этого производства? На первый взгляд — да. На второй — не очень.
Дело в том, что пытливые умы однажды решили, что зачем тратить на углеродное волокно ту же вискозу, если можно вытянуть волокно из какого-нибудь густого и вязкого углеводородного вещества. Оказалось, что можно вытянуть волокна из нефтяного или каменноугольного пека. Для тканей они, конечно, не подойдут, а вот для переработки в углеродное волокно годятся. Потом было выяснено, что для этих целей годятся нефтеполимерные смолы, получаемые из фракции С9.
Что это такое? Фракция С9 — это нефтяной пироконденсат, остающийся при пиролизной переработке нефтепродуктов (бензин, дизтопливо, газойль) в этилен, использующийся для получения полиэтилена. Вот этот остаток полимеризуют, либо с помощью кислот, либо нагревом до 280 градусов при давлении до 20 атмосфер, получая нефтеполимерные смолы. Они используются для получения клея и производства скотча, в производстве лаков и красок, в производстве резины. Из нефтеполимерной смолы можно вытянуть волокна, из которых можно испечь углеродное волокно.
Так вот, нефтеполимерную смолу, насколько можно судить, возможно получить при пиролизе пиролизной жидкости, получаемой при пиролизе угля в процессе Фишера-Тропша. То есть, пиролиз угля — пиролизная жидкость — пиролиз пиролизной жидкости — получение «нефтеполимерной» смолы — производство углеродного волокна. В этой технологической цепочке уголь занимает место нефти.
Принято считать, что химическая переработка угля невыгодна по сравнению с переработкой нефти. Однако, более детальное ознакомление с технологией позволяет полагать, что можно «срезать углы» и сделать процесс выпуска углеродного волокна дешевле, чем из нефти.
Во-первых, нефть добывается где-то и транспортируется трубопроводами на нефтехимические предприятия. Это затраты. В Кузбассе же химическое производство можно построить рядом с шахтой или карьером, исключив затраты на дальнюю транспортировку сырья.
Во-вторых, как я уже однажды писал, есть возможность получать пиролизный газ под землей, не поднимая уголь на поверхность и исключая затраты на эту операцию. Для этого нужно сделать подземную выработку, соединенную со штреками шахты, в которой будут установлены или пиролизные аппараты, или газогенераторы. Газ и жидкие продукты пиролиза поднять по трубам проще и дешевле, чем сам уголь. Если речь идет о карьере, то тут еще проще. Выбирается участок для переработки, где стоят аппараты или газогенераторы, и туда уголь подается, например, конвейерами.
В-третьих, можно попробовать «срезать угол» в самой технологии и построить комбинированную колонну, в которую подается синтез-газ или генераторный газ, в одной части которой образуются синтетические продукты, а в другой — происходит пиролиз этих продуктов с образованием этилена и фракции С9, которые отбираются и выводятся из колонны. Это непросто и потребует экспериментов, но зато даст существенные выгоды по сравнению с нефтехимической технологией. Объединение двух процессов в одной колонне ведет к сокращению затрат.
В-четвертых, как можно заметить, что в производстве углеродного волокна расходуется много тепла. Но у угольщиков и тут есть преимущество перед нефтехимиками, поскольку им не нужно жечь ценные нефть, мазут или газ, относя эти затраты на стоимость готовой продукции, а использовать все тот же уголь в виде, к примеру, водоугольного топлива. Поскольку внутри процесса стоимость угля не продажная, рыночная, а производственная, то есть фактически себестоимость добычи, то общая себестоимость углеродного волокна, получаемого из угольного сырья, может быть ощутимо ниже.
Все вместе: экономия на транспорте, экономия в технологии за счет объединения техпроцессов, и низкая стоимость топлива, могут дать конечную себестоимость углеродного волокна такую, что можно будет сниженными ценами, при хорошей рентабельности, захватить значительную долю этого рынка. И вообще, снижение цены расширяет сферу использования углеродного волокна. Если цена будет приемлемой для использования, к примеру, в качестве армирующего материала в бетоне, то можно выйти на многие сотни тысяч тонн или даже на миллионы тонн. В 2024 году мировое производство углеродного волокна оценивалось в 150 тысяч тонн, с перспективой роста до 241 тысяч тонн к 2029 году.
Это только одно из возможных направлений органического синтеза на основе переработки угля. Если провести более детальные исследования, то, думается, можно найти еще несколько технологий, в которые можно в качестве сырья завести уголь и получаемые из него пиролизные продукты.
В этом случае в Кузбассе можно построить мощную промышленность органического синтеза, производящую целую гамму полимеров и материалов, прочно стоящую на своей сырьевой базе, почти буквально над сырьем. Отпадет необходимость дальних перевозок угля для продажи, а для вывоза полимеров и углеродного волокна транспортных возможностей более чем достаточно. Нефть с каждым годом добывать все сложнее и дороже, районы добычи смещаются с суши на морской шельф, шельфовые проекты, строительство протяженных нефтепроводов требуют многомиллиардных затрат. В Кузбассе же угля хватит еще лет на пятьсот. Кроме угля в Кузбассе есть еще и метан, запасы которого огромны, и это тоже сырье для органического синтеза.
Таким образом, вывод вот какой: чтобы выжить, кузбасским угольщикам надо становиться знатоками органического синтеза и инвестировать именно в органический синтез, попутно вырабатывая для этого собственные версии технологий. Потому в угольных компаниях, которые хотят обеспечить себе будущее, первым замом генерального директора обязательно должен быть специалист по органическому синтезу, а самим угольщикам стоит засесть за учебники по этой сложной, но интересной дисциплине.
