3. ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЗУТА И ПРИРОДНОГО ГАЗА
В связи со значительным развитием добычи сравнительно дорогой нефти (до 240 млн. т в 1965 г.) особенно необходимо ее высокоэффективное использование.
Как мы уже отмечали, использование отечественных мазутов в промышленности и на топливных электростанциях сильно затруднено в связи с высоким содержанием (3—5%) в мазутах серы, причем любые попытки десульфурации мазутов приводят к значительному удорожанию как самого топлива, так и получаемой с его помощью энергии или другой продукции.
Это затруднение может быть в значительной мере преодолено путем энерготехнологического использования мазута по простейшей схеме ЭНИН АН СССР (рис. 184), согласно которой мазут перед сжиганием в топке котла подвергают высокоскоростному (—0,1 сек.) пиролизу с практически полным (80—90%) переводом серы в сероводород и получением в больших количествах бензола, сжиженного газа и высоких концентраций (до 40—60%) непредельных газообразных углеводородов (этилена, пропилена и бутилена)*. Для энергетических целей используют кокс и газообразные продукты пиролиза, очищенные от сероводорода, и, если необходимо, от непредельных углеводородов, газового бензина(бензола) и сжиженного газа. Удаление сероводорода из газа, например, в виде H2S или элементарной серы в этом случае сильно упрощается и становится экономически рентабельной операцией, так как концентрация H2S примерно в 8—15 раз выше, чем концентрация SO2 в дымовых газах.
Практическое использование многосернистого мазута по энерготехнологическому методу может конструктивно осуществляться сравнительно просто и с относительно небольшими дополнительными капиталовложениями. Стоимость производимой электроэнергии при этом не только не повысится, как при сероочистке дымовых газов, но значительно снизится в результате производства ценной дополнительной продукции; содержание SO2 в дымовых газах и общий выброс серы будут снижены до санитарной нормы. Предлагаемый метод высокоскоростного пиролиза мазута перед сжиганием позволяет полностью разрешить проблему экономически эффективного использования многосернистого мазута на электростанциях.
Как мы уже отмечали, изменение топливного баланса Советского Союза способствует быстрому росту значения природного газа, являющегося прекрасным высокоэкономичным топливом, рациональное использование которого может дать стране большие накопления п высокий государственный доход. Следует подчеркнуть, однако, что при неправильном использовании природного газа можно и не получить существенный для страны экономический эффект. Это положение настолько важно, что его следует кратко пояснить.
Много лет природному газу уделялось совершенно недостаточно внимания и, в частности, его разведке. Это, несомненно, отрицательно отразилось на снабжении страны дешевым топливом. В последние годы в результате известных решении партии и правительства началось быстрое развитие промышленности природного газа, и с каждым годом газ играет все большую роль в народном хозяйстве.
Рис. 184. Простейшая схема энерготехнологического использования многосернистого мазута на электростанциях
Характерной особенностью добычи природного газа на крупных месторождениях являются сравнительно невысокие эксплуатационные издержки — несколько рублей (3—10) на 1 т усл. топлива. Это обстоятельство, характерное в известной мере и для нефтей Второго Баку, послужило причиной крупных погрешностей в экономических расчетах сравнительной эффективности природного газа и нефти (о чем будет особо сказано в III разделе нашей книги).
Расчет производственной себестоимости природного газа, обычно принимавшейся в пределах 10 руб., привел к такой же (по существу) ошибке, как и при расчетах себестоимости электроэнергии, получаемой на гидростанциях. При этом в оценке природного газа была допущена ошибка в определении удельных капиталовложений, в которые или вовсе не вводились или вводились только частично расходы на разведку газа и обустройство промысла. В связи с этим работники Главгаза несколько лет назад называли совершенно фантастические величины себестоимости газа и удельных капиталовложений, оценивая последние в 20—25 руб. на 1 т усл тот в год.
Как будет показано в III разделе нашей работы (на основании анализа контрольных цифр семилетки), фактические капиталовложения в добычу примерно в десять раз превосходят указанную величину. При этом величина вложений в транспорт газа в среднем близка размерам капиталовложений в добычу, так что с транспортом величина удельных капиталовложений Ку составляет для текущей семилетки в среднем около 500 руб. на 1 т усл. топл. в год. Эти показатели резко влияют на величины абсолютных значений себестоимости газа и особенно его общественных себестоимостей и стоимостей. Достаточно указать, что только 5% амортизационных начислений от производственной себестоимости, равной 500 руб., составляют 25 руб. на 1 т усл. топл. Мы уже отмечали, что общественная стоимость газа в текущей семилетке будет относительно высокой в связи с высокими темпами прироста его добычи; в дальнейшем эта стоимость снизится, однако абсолютные величины ее по-прежнему будут резко отличаться от приводимых Главгазом. Это не означает, что природный газ экономически невыгоден, но свидетельствует о том, что его экономические преимущества проявляются только при правильной технической политике использования.
В результате указанной выше ошибочной экономической оценки природного газа и нефти утвердилось убеждение, что природный газ и нефть относятся к топливам, почти не требующим никаких общественных затрат, и что, в частности, в связи с этим энерготехнологические методы комплексного использования всех видов топлива потеряли не только остроту и актуальность, но даже практическое значение. При этом в качестве доказательства часто сопоставлялись такие цифры по себестоимости и капиталовложениям, как соответственно 3 руб. (за 1 т усл. топл.) и 20 руб. (за 1 т усл. топл. в год) по природному газу, 10 руб. и 150 руб. по нефти и 100—150 руб. и 250—400 руб. по углям шахтной добычи. Естественно, что эти показатели способствовали появлению широко распространенного мнения о том, что в экономическом отношении твердые топлива отныне вообще неприемлемы и что в течение ближайших 15—25 лет их добыча должна производиться лишь постольку, поскольку физически невозможно увеличить соответственно добычу газа и нефти, а также и потом, что не везде возможна транспортировка нефти и газа.
Если стать на эту точку зрения, то в данных условиях, естественно, почти невозможно получать в крупных масштабах из твердых топлив какую- либо продукцию, конкурирующую в экономическом отношении с нефтью и природным газом и продукцией, получаемой из них. При таком положении были бы правы те специалисты, которые заявляют, что комплексное использование твердых топлив будет неактуально до того времени, когда запасы природного газа и нефти в СССР начнут заметно истощаться, т. е. на период не менее, чем в 30—60 лет. Между тем, если бы в настоящее время действительно существовали весьма низкие фактические цены (отражающие общественную стоимость) на топливо (газ, нефть), характеризующие низкие затраты всего общественного труда, необходимого для их добычи и транспортировки, то практически отпадала бы, с экономической точки зрения, необходимость острой борьбы за экономию топлива, а следовательно и за комплексные методы переработки и использвания природного газа и нефти.
Этот крайне важный вывод, определяющий, по существу, техническую политику в этих отраслях промышленности, следует из того, что всякое усложнение технологии переработки, например, нефти требует значительных дополнительных затрат, сильно удорожающих продукцию. В то же время, потеря даже значительной части самой нефти почти не сказывается на себестоимости продукции нефтеперерабатывающих заводов. Для примера можно указать на то, что получаемый при прямой гонке нефти мазут «выгоднее» отдавать бесплатно, нежели производить из него какую-либо более высококачественную продукцию. Очевидно, что народное хозяйство могло бы иметь крупные убытки от использования природного газа, если бы не тариф, установленный на газ, который совершенно правильно не изменяется финансовыми органами, несмотря на все усилия Главгаза обосновать необходимость крупного его снижения. В ряде случаев этот тариф не выше, а даже ниже действительной общественной себестоимости природного газа.
Была бы допущена очень серьезная ошибка, если бы сейчас цены на электроэнергию, природный газ или мазут были установлены существенно ниже эквивалента полных общественных затрат на их производство и транспорт, определяемых по уравнению общественной себестоимости1 (см. III раздел монографии).
Представим себе, что действительные общественные затраты труда на добычу газа составляют 3 или даже 10 руб. за 1 т усл. топл. Тогда практически во всех отраслях промышленности топливная составляющая себестоимости упала бы почти до нуля и двойной или тройной перерасход газа не имел бы, конечно, сколько-нибудь существенного экономического, а в данном случае и практического, значения.
Если подходить ко всем топливам, входящим в приходную часть нашего топливного баланса, с оценкой по полученным нами (см. III раздел) действительным затратам общественного труда, близким к общественной стоимости топлив, то энерготехнологическое использование как твердых топлив, так нефти и даже самого природного газа будет экономически расцениваться в действительности совершенно иначе.
В 1959—1965 гг. сравнительные ориентировочные (определяемые по закону стоимости) цены на 1 т усл. топл. на месте добычи выражаются следующими суммами (руб.; в старом масштабе цен):
Природный газ .. 80—120
Нефть . 120—170
Энергетические угли (донецкие) 130—180
Канско-ачинские угли .. 40— 60
Фрезерный торф 110—180
Прибалтийские сланцы (кукерситы) ... 100—140
Относительно высокие затраты на природный газ в текущей семилетке связаны с высокими темпами прироста его добычи, но тем не менее эти затраты фактически будут иметь место на протяжении всей семилетки и их необходимо учитывать. Указанные затраты будут оставаться неизменными и в дальнейшем, если величина φ (ежегодный прирост добычи) останется прежней.
1 Если природный газ отпускать по цене ниже его общественной себестоимости, то оценка продукции будет сильно искажаться.
Изменение φ приведет и к изменению цены (затраты+государственный доход); в частности, при величине φ для газа в следующей семилетке, равной 15% (вместо25% в текущей семилетке), цена газа снизится с 80 руб.примерно до 60 руб., а для донецких углей при увеличении φ с 3% до 10% соответственно повысится от 140 до 170 руб. за 1 т усл. топл., т. е. будет несколько выше средней цены сырой нефти.
При указанных ценах говорить о наличии в стране каких-либо исключительно дешевых топлив, конечно, нельзя, хотя канско-ачинские угли и природный газ являются наиболее дешевыми топливами (в 2— 4 раза дешевле других). Однако мы получили во много раз меньшее различие в ценах, чем это обычно дается в оценках, о которых мы говорили выше, и, что особенно важно, абсолютные значения полученных нами реальных для народного хозяйства цен для всех топлив очень высоки и, следовательно, вопрос экономии этих топлив остается не менее острым, чем раньше, и распространяется на все виды топлив.
В связи с тем, что основным методом экономии топлив является сейчас и в перспективе комплексное их использование, очевидно, что энерготехнология, изучающая закономерности комплексных методов эффективного производства энергии и различных видов промышленной продукции, по-прежнему остается одним из важнейших новых разделов науки*. Таким образом, очевидно, что энерготехнологические методы использования топлив являются, при новой структуре топливно-энергетического баланса, в еще большей степени, чем до сих пор, актуальными и исключительно перспективными. В связи с этим энерготехнологам потребовалось заняться вопросами экономической эффективности производства топлив.
Энерготехнологическое и чисто энергетическое потребление природного газа, как уже отмечалось, экономически наиболее целесообразно осуществлять в большинстве случаев на месте добычи, поскольку при этом в максимальной степени используются положительные экономические факторы, характерные для данного топлива. Очевидно также, что наиболее выгодно потреблять на месте электроэнергию и химическое сырье, вырабатываемые энерготехнологическими комбинатами, для производства соответствующих видов готовой продукции.
Таким образом, для использования природного газа в больших масштабах с максимальным экономическим эффектом безусловно целесообразно создание крупных промышленных центров на мощных месторождениях. Так, например, при строительстве двух или трех энерготехнологических комбинатов (электростанций) в Краснодарском крае в течение 10 лет общей мощностью в 6—7 млн. кВт удельные номинальные капиталовложения составят всего лишь около 400-500 руб. на 1 кВт установленной мощности в связи с тем, что здесь по климатическим условиям монтаж оборудования может быть выполнен на открытых площадках без сооружения соответствующих зданий, а также в связи с возможностью применения на газовом топливе богатейших месторождений более совершенных рабочих циклов без использования дублирующих топлив. При стоимости природного газа на месте добычи, например, в 75 руб. за 1 т усл. топл. топливная составляющая в стоимости электроэнергии не превысит 1,8 коп. на 1 кВт-ч. Общая стоимость электроэнергии при трехлетием сроке строительства составит не более 3,0—4,0 кон. за 1 кВт-ч, т. е. в этом случае будет производиться самая дешевая в Советском Союзе электроэнергия.
Как видно из наших расчетов, даже строительство чисто энергетических газовых электростанций в Краснодарском крае является весьма выгодным, так как позволит получать более дешевую электроэнергию, чем на любой самой эффективной гидростанции и даже более дешевую, чем на тепловых станциях, работающих на исключительно дешевых углях Канско-Ачинского угольного бассейна. Еще более возрастет экономическая эффективность использования природного газа при переходе электростанции на работу по энерготехнологическим схемам с потреблением на месте значительной части производимой электроэнергии путем создания крупного промышленного центра.
В условиях Краснодарского края представляется возможность применения широкого комплекса энерготехнологических схем на природном газе и развития крупных энергоемких предприятий. Первоочередной задачей здесь является создание мощной химической промышленности для производства пластмасс, новой разнообразной полимерной продукции, минеральных удобрений и т. п. К основным видам химического сырья, получаемого энерготехнологическими методами из природного газа, относятся формальдегид, ацетилен, газ для синтеза (СО+H2), органические кислоты и др.
Производство формальдегида возможно, в частности, по методу прямого окисления природного газа воздухом, разработанному Институтом химической физики АН СССР и уже опробированному на крупной опытной установке. При энерготехнологической схеме практическое осуществление этого метода значительно упрощается, так как при прямоточной схеме повышается объемная нагрузка реакторов и увеличивается энергетический к. п. д. производственного процесса. Объединение энергетического и технологического процессов позволит упростить подогрев газа и воздуха и организацию основного процесса в реакторе. При энерготехнологическом формальдегидном цикле комбинат мощностью в 1 млн. кВт сможет производить в год примерно 100 000 т весьма дешевого формальдегида.
Наряду с производством этилена и газа для органического синтеза при высокоскоростном пиролизе природного газа энерготехнологический комбинат сможет также производить электротермическим или термическим методом необходимое количество ацетилена. Развитие работ в области направленного окислительного крекинга и пиролиза природного газа позволит сильно расширить ассортимент получаемой продукции. Дешевая электроэнергия даст возможность развить энергоемкие предприятия, включая электрохимию и специальную электрометаллургию для получения ценных сплавов и металлов.
Большие перспективы имеет создание на базе керченской руды внедоменной черной металлургии путем производства чугуна и стали энерготехнологическим методом (разработанным ЭНИН АН СССР) в высокотемпературном пылевидном факеле руды и природного газа. Практически для реализации этой схемы необходимо испытать на природном газе опытную установку, аналогичную создаваемой ЭНИН АН СССР, ИЭ АН БССР, Московским институтом стали и Гипромезом на факеле торфяной пыли.
Энергометаллургический комбинат мощностью в 1 млн. кВт позволит выплавлять ежегодно около 3 млн. т дешевой стали* и выпускать 1,5 млн. т цемента и значительное количество фосфорных удобрений.
Для Краснодарского края, обладающего замечательным сырьем для цементной промышленности (мергелями), большие возможности откроет также практическое освоение энергоклинкерной схемы на природном газе. По этой схеме клинкер будет производиться при сжигании природного газа в высокоскоростных мощных циклонных или «слоевых» насадочных топках с жидким шлаком — клинкером. Этот метод позволит резко снизить начальные удельные капиталовложения в цементную промышленность и значительно удешевить получаемый высококачественный цемент.
Приведенные нами примеры свидетельствуют о богатейших возможностях, которые открываются для народного хозяйства при комплексном энерготехнологическом использовании природного газа на месте добычи. Конечно, следует подчеркнуть, что Краснодарский край в этом отношении находится в особо благоприятных условиях.
Рассмотренный вариант в той или иной мере характеризует также и наиболее перспективные пути развития других крупнейших месторождений газа в Средней Азии, на Волге и др.
Очевидно, что было бы весьма целесообразным уже в текущей семилетке предусмотреть развитие мощных промышленно-энергетических центров с комплексом энергоемких предприятий и энерготехнологических комбинатов, имеющих, по возможности, завершенный цикл работы. Такое направление развития энергетики будет значительно более экономичным, чем намечаемое строительство некоторых электростанций (особенно ГЭС).
Освоение районов добычи природного газа не исключает, конечно, необходимости строительства магистральных газопроводов для снабжения крупных промышленных центров и городов, однако оно позволит выиграть время путем форсирования добычи и использования этого топлива вне зависимости от обеспечения металлом, необходимым для сооружения трубопроводов. Такое решение вопроса особенно перспективно и потому, что трубы необходимы в первую очередь для строительства нефтепроводов там, где они экономически весьма эффективны.
Большие перспективы открывает в области энерготехнологического использования природного газа также создание магнито-гидродинамических генераторов (МГГ) и топливных элементов, которые позволят получать электроэнергию путем непосредственного преобразования потенциальной энергии газа.
