Таймылырское месторождение каменного угля и богхедов

Месторождение расположено на правобережье р. Кучугуй-Таймылыр, в 16 км к юго-западу от левого берега р. Оленек, в 100 км выше устья, на расстоянии около 500 км от порта Тикси (если вокруг дельты Лены). Оно приурочено к южному крылу синклинали. Промышленная угленос­ность связана с укинской свитой нижнего мела. Угольный пласт имеет мощность 2,5 м, относительно выдержанный. Глубина его залегания от 0 до 128 м. Падение пласта пологое, строение простое. Подошва кровли — песчаники, прослои сланцев. К пластам каменного угля приурочены линзы и прослои богхеда мощностью 0,2-0,6 м. Глубина зоны окисления 10 - 50 м. Марка угля —Д, энергетические. Запасы угля по категориям А+В+С₁ - 161907 тыс. т, С₂ - 160100 тыс. т, богхеда - А+В+С₁ — 1 млн. 49 тыс. тонн.

 

Чарчыкское месторождение богхедов и углей

 

Расположено на левобережье р. Чарчык, в 10-12 км от впадения ее в р. Оленек. На месторождении изучались богхеды, изучение углей шло попутно. В огонер-юряхской свите вскрыт угленосный пласт мощностью около 1,5 м. Кроме того, в первом угленосном гори­зонте укинской свиты вскрыт верхний угольный пласт мощностью 3,2 м. Во втором угленосном горизонте той же свиты вскрыт верхний угольный пласт, мощность которого колеблется обычно от 2 до 3,1 м и лишь к западу убывает до 1,2-1,1 м. Одной скважиной, пройденной до глубины 17,5 м, кроме верхнего пласта мощностью 2,4 м в 2 м ниже вскрыт пласт угля мощностью 0,5 м, а еще через 5,5 м ниже — пласт угля мощностью 1,1 м. К верхнему угольному пласту приурочены все известные месторождения богхеда. Два из них площадью 120 х 70 м и 130 х 45 м в центральных частях достигали мощности 2,2-2,5 м и в годы войны отчасти выработаны. Поэтому к настоящему времени оставшиеся запасы богхеда не оценены (впрочем они не были определены изначально!). Остальные линзы богхедов имеют весьма небольшие размеры. Богхеды месторождения отличаются высокой чистотой и лучшие их разновидности иногда упоминаются в литературе под названием оленикитов или оленекокитов.

ВНИГРИ в 80-х годах прошлого столетия поднимал вопрос о доразведке чарчыкского богхеда и о дальнейшей его промышленной утилизации (ценнейшее сырьё не только для получения топлива, но и для химической промышленности!). Но наступили 90-е….

Наибольший интерес представляют богхеды Таймылырского и Чарчыкского месторождений. Показатели качества богхеда Таймылырского месторождения: W^а-1,4%, A^с-5,4%, S^с_общ.-0,5%, V^г-79,3%, Q^г_б,-9210ккал/кг, C^г-81,2%, H^г-8,9%, C^г_м-61,5%, уд.вес-1,06.

Целенаправленно богхеды изучались на Чарчыкском месторождении. К верхнему угольному пласту укинской свиты нижнего мела приурочены все известные месторождения богхеда. Химический состав «жирного» богхеда Чарчыкского месторождения: W^a-1,48%, A^c-3,46%, S^c_общ-1,24%, V^г-93,83%, битумы-6,25, С^г-80,56%, На^г-11,21%, Q^г_б-9484,3ккал/кг. Две линзы богхеда размерами 120 х 70 м и 130 х 45 м в центральных частях достигали мощности 2,2-2,5 м. Остальные линзы богхедов имеют небольшие размеры (Арчегов, 1982)[4, 6].

 

Уку-Суруктахское месторождение угля и богхедов

Расположено на правом берегу р. Оленека в 90-100 км от устья. Приурочено к укинской свите. Верхний угольный пласт прослежен на протяжении 8 км по простиранию и на 1,1 км по падению. Мощность пласта колеблется от 2 до 2,9 м; строение простое, местами пласт содержит линзы богхеда мощностью 0,2-0,4 м с раздувами до 1 м. Три нижних пласта мощностью до 3 м на значительном протяжении обнажаются в обрывистом берегу р. Оленек.

 

Турахское месторождение богхедов и углей

 

Расположено по левобережью р. Оленека в 95 км от устья и в 4 км от берега реки. Оно было выделено и изучалось как месторождение богхеда. Верхний угольный пласт укинской свиты, к которому приурочена линза богхеда, изучался попутно. Он имеет мощность 2-2,6 м. Вследствие неглубокого залегания (менее 10 м) уголь сильно выветрелый. К середине пласта приурочена линза богхеда 300х150 м, мощность - 0,4-0,7 м. Запасы богхеда составляют 15 тыс. т.

 

Достаточно высоки перспективы наращивания запасов богхедов на территории нижнего течения р.Оленек. Более широк ареал распространения кеннелей.

 

Гидрогенизация

Богхеды — высококачественное сырье для получения синтетических жидких топлив, смолы. Богхед легко гидрируется, образуя масла, богатые циклическими углеводородами. Разновидностью сапропелевого угля является кеннель, отличающийся присутствием примеси гумусового органического вещества.

Спрос на жидкое моторное топливо быстро возрастал на протяжении последних 40—50 лет. В поисках путей для увеличения ресурсов легких топлив исследователи стали изучать возможность повышения выходов легких масел при переработке угля, воздействуя на него водородом под давлением. Конечной целью опытов являлось превращение твердого топлива полностью в жидкое.

Особенно были заинтересованы в разрешении этой задачи страны, лишенные собственных источников нефти, но богатые месторождениями твердых минеральных топлив. Страны, обеспеченные нефтью и широко развившие ее переработку, также стремились добиться максимальных выходов моторного топлива. Известный предел увеличению выходов легких топлив почти достигнут на базе крекинга нефти. В странах, обеспеченных нефтью, также быстро возник интерес к новому методу, сулившему более широкие возможности получения искусственного жидкого топлива за счет переработки твердого топлива.

Первые опыты получения жидких топлив из угля присоединением к нему водорода под давлением основывались на исследованиях Вертело, которому удалось осуществить перевод в жидкое состояние твердого ископаемого топлива. В 1868 г. Вертело получил около 60% жидких углеводородов в результате обработки йодисто-водородной кислотой каменноугольного порошка при 270° С. На основе этого он высказал предположение, что водород в момент выделения реагирует с углем при: нагревании, давая нефтеподобные углеводороды.

Однако эти опыты не дали оснований для немедленного осуществления процесса перевода твердого топлива в жидкое. Более плодотворны были исследования, возобновившиеся в первом десятилетии XX в. Ряд работ, выполненных с начала XX в. Сабатье, Зелинским, Клинтом и Флорантеном, Бергиусом, Фишером и другими, обеспечил возможность нового промышленного процесса получения жидкого топлива как из тяжелых погонов нефти и смол, так и из углей. Этот процесс получил названия "деструктивная гидрогенизация", «гидрогенизация», «ожижение», «бергиниэация».

Гидрогенизация - процесс присоединения водорода - начинается при сравнительно низких температурах (300—350°C) и при давлении 100—150 атм, но собственно ожижение угля (прежде всего сапропелитового!) происходит при температурах, близких к 420—460°C, и при более высоком давлении, достигающем 200 атм. В результате реакции гидрогенизации, экзотермической по характеру, получается сложная смесь углеводородов. Выведенная из реакционной камеры, эта смесь должна быть доведена до атмосферного давления. После этого из нее извлекают жидкие компоненты, и конденсирующиеся из реакционного газа углеводороды.

Изыскательские работы по получению синтетического топлива из угля были начаты в Германии еще до Первой мировой войны. Уже в то время страна являлась общепризнанным мировым лидером в химической промышленности. В 1913 году немецкому химику Фридриху Бергиусу впервые удалось выделить из угля жидкость в ходе процесса, получившего название "деструктивная гидрогенизация" или "бергинизация". Уголь в присутствии катализатора при высокой температуре вступал во взаимодействие с водородом, который подавался в больших количествах под сильнейшим давлением. Конечным продуктом процесса было высококачественное жидкое топливо. В двадцатых годах немцы же разработали еще один похожий процесс - процесс Фишера-Тропша. В этом случае молекулы угля под действием пара разлагались на водород и моноксид углерода, которые в свою очередь вступали в реакцию друг с другом, в результате чего получалась синтетическая нефть. Из этих двух изобретений процесс гидрогенизации Бергиуса считался лучшим - в том числе и потому, что с его помощью можно было получить и авиационное топливо. Кроме того, "ИГ Фарбен", которая приобрела патентное право на изобретение Бергиуса, обладала значительно большим политическим весом, чем конкуренты. Немецкое правительство предоставило "ИГ Фарбениндустри" поддержку, поскольку растущий спрос на импортную нефть вызывал утечку жизненно необходимых валютных средств, запасы которых были и без того скудны. Опытный завод открыли на базе предприятий концерна в Лойне, а производство началось в 1927 году. В то же время "ИГ Фарбен" занималась поисками потенциальных партнеров в других странах. После того как переговоры с ведущей британской компанией по производству химикатов зашли в тупик, был найден значительно более выгодный потенциальный партнер - "Стандард ойл оф Нью-Джерси". В это время в "Стандард" полным ходом шел процесс стратегической перестройки – из компании, занимавшейся только нефтепереработкой, она превращалась также и в нефтедобывающую, причем не только в Соединенных Штатах, но и за рубежом. В "Стандард" также проводились исследования в области синтезирования жидкого топлива; еще в 1921 году компания приобрела 22 тысячи акров земли в штате Колорадо в надежде найти удачный с коммерческой точки зрения способ получения нефти из сланцевой глины. Но результаты разочаровали: на получение одного барреля синтетического топлива уходила тонна породы. Высокопоставленные сотрудники "Стандард" пришли к заключению, что процесс гидрогенизации, является наиболее важным техническим новшеством в химической промышленности. Между "Стандард" и "ИГ Фарбен" было заключено первоначальное соглашение о строительстве завода по гидрогенизации в Луизиане. Но к этому времени недостаток нефти в мире стал сменяться избытком, и интересы американской компании изменились. Процесс гидрогенизации можно было применять также для увеличения выхода бензина из сырой нефти. Таким образом, на новом заводе в Луизиане должны были проводиться эксперименты не с углем, а с нефтью. Нужно было выжать из каждого барреля как можно больше бензина. В 1929 году обе компании заключили более широкое соглашение. "Стандард" приобрела патентное право на гидрогенизацию за пределами Германии. В обмен на это "ИГ Фарбен" получила 2 процента акционерного капитала "Стандард" - 546000 акций на общую сумму 35 миллионов долларов. Они также договорились не вмешиваться в основную деятельность друг друга. "ИГ Фарбен" не будет вмешиваться в нефтяной бизнес, а "Стандард" не будет вмешиваться в химический. Следующий шаг был сделан в 1930 году при создании совместной компании для использования достижений в "нефтехимической" области. "Стандард" получала новейшую техническую информацию. В 1931 году германская наука в лице авторов гидрогенизации удостоилась высочайшей чести: изобретатель метода Бергиус и председатель правления "ИГ Фарбен" Карл Бош получили Нобелевскую премию в области химии. Однако, несмотря на то, что предприятие в Лойне производило по 2 тысячи баррелей (почти 278 тысяч литров) топлива в день, оно еле сводило концы с концами. Исследовательские работы оказались значительно сложнее, чем ожидалось. В то же время после обнаружения нефтяного месторождения в Восточном Техасе избыток нефти на мировом рынке вызвал всеобщее пресыщение. Последовавшее резкое падение мировых цен сделало производство синтетической нефти в Лойне полностью нерентабельным, и в "ИГ Фарбен" уже опасались, что этот проект никогда не принесет прибыли. Стоимость производства литра лойна-бензина, как называлось топливо, в 10 раз превышала цену 1 галлона бензина при его закачке в танкер, отправлявшийся из Мексиканского залива в Германию. Налоговых льгот, полученных от правительства Брюнинга, одного из предшественников Гитлера, оказалось недостаточно. Пришедшие к власти нацисты были готовы пойти значительно дальше и гарантировать "ИГ Фарбен" ценообразование и рынки сбыта - если компания пообещает значительно увеличить производство продукта. Но даже этого оказалось мало, т.к. технология гидрогенизации еще не была в достаточной степени отработана. Она нуждалась в дальнейшем развитии и дополнительном политическом патронаже властей "Третьего рейха". "ИГ Фарбен" смогла заручиться поддержкой руководства люфтваффе, доказав, что в состоянии производить высококачественный авиационный бензин. Германская армия также добивалась расширения производства отечественного синтетического топлива, аргументируя это тем, что собственные нефтяные запасы абсолютно не соответствуют требованиям, предъявляемым к новым видам военной техники, которые находились в стадии разработки.

Согласно утвержденному плану, производительность индустрии синтетического топлива предполагалось увеличить почти в 6 раз. Программа получила существенную финансовую поддержку. Планировалось строительство промышленных сооружений. Лидировала в этом "ИГ Фарбен", приспособившаяся к нацистской идеологии. К 1937-1938 годам она была уже не самостоятельной компанией. Несмотря на то, что грандиозный четырехлетний план оказался невыполнимым в полном объеме, немцы тем не менее сумели создать значительную по размерам индустрию нового горючего. К 1 сентября 1939 года, когда Германия напала на Польшу, начав тем самым Вторую мировую войну, 14 гидрогенизационных заводов уже достигли запланированной производственной мощности и строилось еще 6. К 1940 году производство синтетического топлива резко возросло, достигнув 72000 баррелей в день, что равнялось 46 процентам общих поставок нефти. Около 95 процентов от общего объема авиационного бензина Германии было получено за счет гидрогенизации, то есть процесса Бергиуса. Без этого самолеты люфтваффе не смогли бы подняться в воздух. Несмотря на мощь своей военной машины и постоянный рост производства синтетического топлива, Гитлер никогда не забывал о нефти натуральной (Румыния).

Процесс гидрогенизации был изобретён в бедной нефтью, но богатой углём Германии в 1920-е годы для производства жидкого топлива. Он использовался Японией и Германией во время Второй мировой войны для производства альтернативного топлива. Годовое производство синтетического топлива в Германии достигло более 124 000 баррелей в день ~ 6,5 миллионов тонн в 1944 году.

После войны взятые в плен немецкие учёные участвовали в операции «Скрепка», продолжая работать над синтетическими топливами в Бюро горной промышленности США.

Синтез моторных топлив гидрогенизацией угля - превращение высокомолекулярных веществ органической массы угля (ОМУ) под давлением водорода в жидкие и газообразные углеводороды - приобретает особую актуальность в мировой теплоэнергетике в связи с возможным истощением в недалеком будущем ресурсов нефти и природного газа. Научные основы этого процесса разрабатывались в начале ХХ века и русскими выдающимися учеными В.Н. Ипатьевым, Н.Д. Зелинским и другими. В Советском Союзе с 1925 г. проведены обширные экспериментальные исследовательские работы [2]. В результате изучения процессов гидрогенизации различных видов сырья на опытных установках получены необходимые данные для сооружения ряда заводских установок, вступающих в эксплуатацию в разных районах СССР в третьем пятилетии. Хотя количество промышленных установок по гидрогенизации в разных странах (без СССР) еще невелико, однако самый процесс развивается в разных направлениях. Основными из них являются:

1. Ожижение твердых топлив в целях выработки моторных горючих и, главным образом, переработка менее ценных видов ископаемых топлив. Ввиду трудности работы с угольной пастой и высокого расхода сырья применение гидрогенизации вызвало много противников, доказывавших неэффективность метода по сравнению с другими способами термической переработки топлив.

2. Гидрогенизация дегтей (смол) полукоксования и коксования как в целях увеличения выходов моторных горючих, так и для улучшения качества первичного сырья (в частности, для его обесеривания). В результате гидрогенизации в этом случае могут быть получены более высокосортные дестиллаты, растворители и т. п. Гидрогенизация отдельных продуктов дестилляции смол (нафталина, антрацена и др.) позволяет получить ряд более низкомолекулярных соединений.

3. Гидрогенизация разных продуктов переработки нефтей (мазутов, крекинг-остатков, отдельных дестиллатов и т. д.) в целях увеличения: выхода легких погонов, имеющих ценность как моторное горючее.

4. Стабилизация дестиллатов нефти.

В Советском Союзе разработаны технологии получения синтетического бензина из бурых углей, богхедов – углей класса собственно сапропелитов, газа из горючих сланцев (ось Сланцы – Кохтла Ярви), а в годы Великой Отечественноцй Войны для обеспечения оборонной промышленности Ленинграда энергосырьем даже из торфа получали газ (станция «Торфяновка» - в Ленинграде был единственный в Мире Институт ТОРФА!).