Углехимия. Стоит ли сжигать уголь?

Углехимия изучает происхождение, состав, строение, свойства твердых горючих ископаемых, а также методы их переработки. Углехимия — теоретическая основа коксохимии, процессов переработки торфа и сланцев, газификации и гидрогенизации углей.

Самая простая углехимия — это С + О2 = СО2 + тепло.

Этим путем мы успешно движемся со времен английских каминов и пароходов. Но перед вами иллюстрация фразы Д.И. Менделеева: «Сжигать нефть и уголь — то же, что топить печь ассигнациями». Итак, цепочки:

уголь — светильный газ, аммиак (азотные удобрения), кокс (сталь), каменноугольная смола;

каменноугольная смола — толуол, тротил (взрыв), нафталин (и меха целы), тринитронафталин (взрыв), красители, бензол, фенол;

бензол — анилин, красители;

фенол — пластмассы, фенацетин (лекарство), салициловые препараты (аспирин), красители, пикриновая кислота (взрыв).

Богато! Но мы и так богатенькие, потому и сжигаем. Доля угля в энергобалансе России в 2005 году составила около 18% (среднемировой показатель — 39%). Так мало не потому, что химичим, а просто заместили нефтегазовым топливом. Хрен редьки не слаще.

А вот аспект безопасности. Многие грешат на атомные электростанции (АЭС). Опасно! Чернобыль! Фукусима! Но более 60% угольных шахт России взрывоопасны (газ и угольная пыль), почти в 50% возможно самовозгорание угля. Так что аварии на шахтах неизбежны, в отличие от АЭС, где их можно избежать. Уровень профессиональных заболеваний шахтеров в 9 раз превышает средние показатели по промышленности России. Я не говорю о горах золо-шлаковых отходов и выбросах парниковых газов — эти темы уже всю плешь проели.

Тем не менее из современного теплового баланса уголь не выбросишь, а следовательно, есть текущие научные задачи:

Теоретическое моделирование и экспериментальное исследование строения и структуры угля и установление их взаимосвязи с его реакционной способностью.

Исследование молекулярного строения и надмолекулярной структуры угля; установление взаимосвязи состава и структуры угля с его реакционной способностью.

Разработка научных основ технологий получения из угля, продуктов его переработки и другого углеродсодержащего сырья новых углеродных материалов и адсорбентов.

Химическая модификация углеродных адсорбентов с целью придания им заданных свойств.

Один из путей повышения безопасности угольной промышленности — это подземная газификация угля (ПГУ) — процесс превращения угля в горючие газы с помощью свободного или связанного кислорода непосредственно в недрах земли. При этом уголь в пласте, под землей, превращается в горючий газ. Идея все того же Д. И. Менделеева. Начиная с середины 1970-х годов интерес к ПГУ упал, так как экономическая эффективность подземной газификации углей оказалась неконкурентноспособна в сравнении с разработкой природного газа. Объем производимого в СССР газа от ПГУ в 1980 году составил около 1,5 млрд. м3. Добыча природного газа в том же году составила 435 млрд. м3 (ПГУ — 0,35%).

В начале XXI века интерес к ПГУ вырос в США, Индии и Китае, где в настоящее время ведутся экспериментальные и промышленные работы.

Работает Институт угля и углехимии СО РАН (Кемерово). Есть журнал «Кокс и химия». Можно почитать: Русьянова Н. Д. Углехимия. М.: Наука, 2003.