ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНОГО ГАЗА В МЕТАЛЛУРГИИ

Сильченко О.П.

Донецкий национальный технический университет

Источник: Збірка доповідей студентів та аспірантів першоі регіональної конференції «Комплексне використання надр»(24 листопада 2008 р.) - Донецьк: ДонНТУ, 2008.-100 с.

  Территория Украины имеет уникальный комплекс физико-географических, ландшафтных, гидрологических, структурно-геологических и других параметров, что содействовало формированию значительного количества видов и объемов природных ресурсов. Наиболее ценными среди природных ресурсов являются земельные (76 %) и минерально-сырьевые (26 %). Территория Украины богата различными полезными ископаемыми, начиная от крупнейших железорудных (например, Криворожский, Кременчугский железорудные бассейны и др.) и угольных (месторождения высококачественного коксующегося угля Донбасса)месторождений и заканчивая местами залежи нефти и природного газа. Последние, в частности природный газ, можно отнести к наиболее малочисленным, так как объемы их добычи не в состоянии покрыть внутренние нужды государства. Нынешнее состояние использования природных ресурсов, в частности минерально-сырьевых, остается в большей степени унаследованным с прошлых времен, особенно для техногенно перегруженных регионов Украины.

  В процессе эколого-экономического развития Украины в 1992-2002 годах можно условно выделить два этапа:

- общий эколого-экономический кризис с одновременным сокращением использования главных природных ресурсов (1992-1998годы) – водных, минерально-сырьевых, ресурсных, земельных, снижение выбросов в атмосферу;

- относительная стабилизация и начало возрождения (с 1999 года) промышленного производства с возрастанием в отдельных регионах объемов сброса загрязненных вод и выбросов вредных веществ.

  За период с 1992 по 2002 год ежегодная добыча минерально-сырьевых ресурсов соответственно уменьшилась:

- угля с 180 до 78,5 млн. т/год;

- железных руд с 110 до 56 млн. т/год;

- марганцевых руд с 5,6 до 2,7 млн. т/год;

- нефти с конденсатом с 5,8 до 4,1 млн. т/год;

- природного газа с 18,2до 17,8 млрд. м³/год.

  В этой связи вопрос рационального и комплексного использования природных ресурсов наиболее сложным является в горнодобывающих районах Донбасса, Кривбаса и Прикарпатья.

  Огромные объемы сжигаемого топлива обуславливают не меньшее количество вредных веществ, выделяемых в атмосферу. При сжигании топлива в атмосферу выбрасываются оксид углерода, диоксид азота, сернистый ангидрид, диоксид углерода и т.д. Многие вещества, образующиеся при сгорании топлива в топках и котлах на промышленных предприятиях относятся к так называемым «парниковым газам». Парниковый газ – это газ, имеющий парниковый эффект, то есть поглощающий в атмосфере тепловое излучение Земли. Антропогенный рост концентрации в атмосфере CO2 и других таких газов приводит к повышению температуры атмосфер и изменению климата. К парниковым газам относятся: CO₂, СН₄, N₂O, гидрофторуглероды, перфторуглероды и гексафторид серы. Кроме перечисленных парниковым газом является водяной пар (важнейший парниковых газов атмосферы Земли).

  В данном случае вопросы экологии тесно связаны с вопросами комплексного и рационального использования ресурсов недр. Использование современных технологий, инновационных решений и тенденций, позволяющих сократить расходы топлива на производство продукции, поможет как экономнее распорядиться доступными ресурсами недр, так и решить многие экологические проблемы, которые так актуальны для Украины. Данный вопрос хотелось бы рассмотреть на примере использования природного газа в металлургии.

  Металлургический комплекс Украины включает в себя более 400 предприятий, причем подавляющая доля отрасли приходится именно на черную металлургию. К ней относятся около 350 украинских предприятий: это горнообогатительные комбинаты, заводы по производству черных металлов, коксохимические и трубные заводы. По объемам производства черная металлургия занимает первое место среди промышленных отраслей экономики страны. Объем вырабатываемой ею продукции достигает 30% от общего производства, дает более 40% валютных поступлений. В отрасли занято порядка 10% трудовых ресурсов страны, поэтому черная металлургия имеет для Украины важнейшее экономическое и социально-политическое значение.

  К этому следует добавить, что металлургическая отрасль является крупнейшим потребителем энергоносителей, таких как кокс (получаемый из коксующихся углей), уголь, природный газ. Если уголь в достаточных количествах добывается на территории Украины, то основное количество природного газа импортируется в страну из-за границы. В прошлом году промышленность расходовала около 34 млрд. м³ импортного газа, в том числе металлургия потребила 9,5 млрд. м³. Природный газ является источником образования диоксида углерода, одного из самых распространенных парниковых газов (показатель эмиссии углерода для природного газа составляет 15 300 г/ГДж).

   Потребление природного газа в металлургии зависит как от объемов производства, так и от уровня технической оснащенности и используемых технологий выплавки стали. Показатели по удельному расходу газа на тонну произведенного проката у предприятий, которые используют современные модернизированные домны и плавят сталь в электропечах вдвое ниже, чем у производителей, работающих на морально и технически устаревших домнах и мартенах. В Европе уже давно отказались от мартеновской выплавки стали и предприятия перешли либо на электросталеплавильное производство, либо на конвертерное.

  В металлургическом комплексе Украины в настоящее время существует ряд отраслевых программ по снижению потребления природного газа (а следовательно, и образования диоксида углерода) за счет комплекса мер по модернизации производства. Одним из мероприятий является замена существующего мартеновского производства кислородно-конвертерным, а ещё лучше – электросталеплавильным. Это позволит сократить ежегодный расход газа с 1,32 до 0,12 млрд. м³. Сейчас в Украине доля мартеновской стали составляет 44 %, кислородно-конвертерной 52 %, и только 4 % выплавляется электрометаллургическим способом, тогда как в Европе этот показатель равен 44%. Для сравнения: у АМКР доля мартеновской стали в общей выплавке составляет около 25 %, остальная часть выплавляется конвертерным способом, а ММК им. Ильича почти 50 % стали до сих пор выплавляет в мартенах. Соответственно, удельный вес газа в производственных расходах ММК им. Ильича составляет около 10 %, тогда как у АМКР 5 %. Еще ниже аналогичный показатель у заводов «Днепроспецсталь», «Истил» и «Донецксталь», располагающих электросталеплавильными агрегатами.

  В мартеновском процессе тепла, выделяющегося в результате химических реакций окисления примесей ванны, недостаточно для проведения плавки. Поэтому в печь дополнительно подается тепло, получаемое в результате сжигания топлива в рабочем пространстве. Топливом служит природный газ, а также коксовый и доменный газы. В результате протекания мартеновского процесса с использованием природного газа образуются вредные вещества, такие как: сажа, азота двуокись, оксид углерода, диоксид углерода, ангидрид сернистый, оксид железа, соединения тяжелых металлов (кадмия окись, меди окись, свинец, никель металлический, оксид цинка).

  В то же время источником тепла, необходимого для протекания технологического процесса в дуговой электросталеплавильной печи является электрическая дуга, возникающая между электродами. Природный газ используется только на вспомогательных элементах электросталеплавильного производства, но не участвует в непосредственной выплавке стали. При этом сокращается мощность выбросов диоксида азота, сернистого ангидрида, окиси железа, значительно сокращается выброс диоксида углерода, являющегося парниковым газом и в выбросах отсутствует сажа.

  В настоящее время многие предприятия Украины отказываются от мартеновского способа выплавки стали и переходят на более прогрессивные кислородно-конвертерные и электрометаллургические способы выплавки. Благодаря этому прогнозируется увеличение доли стали выплавленной в электропечах за счет строительства соответствующих мощностей на «Донецксталь» (1,8 млн. т), а также на заводе «Днепросталь» (1,3 млн. т), «Еврометалл» (1,8 млн.т). Таким образом, к 2010 году выплавка электростали в Украине увеличится на 5-6 млн.т. Если учитывать, что при этом произойдет ощутимое сокращение выбросов парниковых газов (за счет отказа от использования природного газа), а также значительная экономия как собственных запасов «голубого топлива» так и снижение затрат на его импорт, то замену мартеновского производства электросталеплавильным можно на сегодняшний день считать не только перспективным, но и необходимым направлением в металлургии.

Литература:

1. Денисенко Г.Ф., Губонина З.И. Охрана окружающей среды в черной металлургии. – М.: Металлургия, 1989. – 208 с.

2. Теплов Л., Металл Форум 2007 // Металлургический Компас. – 2007. – № 10. – С. 5-9.

3. Шевчук В.Я, Национальный доклад Украины о гармонизации жизнедеятельности общества в окружающей природной среде. – Киев, 2005. – 108 с.