Журнальные статьи

Статья 1

СООБЩЕНИЕ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА ПО МАТЕРИАЛАМ «EUROCOKE SUMMIT 2016»  
© Главный редактор Углехимического журнала, д.т.н., проф. Е.Т.Ковалев  
На состоявшейся в Барселоне (Испания) в апреле текущего года 12-й ежегодной международной встрече «Eurocoke Summit 2016» в той или иной форме приняли участие около 60-ти кампаний из таких стран, как Австралия, Индия, Канада, Китай, США, Украина и др. Тематическая направленность встречи охватывала наиболее важные вопросы, влияющие на состояние и развитие мирового производства каменноугольного металлургического кокса, а именно: прогнозирование динамики изменения спроса-предложения на ближне- и среднесрочную перспективу; приближение фундаментальных исследований в области химии угля и его термических превращений к реальным производственным нуждам; работа отрасли в условиях экономических кризисных явлений – как регионального, так и глобального уровня.

В материалах встречи нашли свое отражение наиболее важные аспекты состояния мирового рынка углей, кокса и металлургической продукции. Так, отмечено, что, несмотря на некоторый рост уровня производства стали в Евросоюзе, отставание этого показателя по сравнению с докризисным 2007-м годом сохранится в ближнесрочной перспективе на уровне 3-4 %, что связано со снижением экспорта. Мировой рост как производства, так и потребления в сфере черной металлургии обеспечивается лишь за счет стран группы БРИКС. Одной из основных, если не главной, причиной такого положения дел следует считать действующее в «Старом Свете» жесткое природоохранное законодательство. Соблюдение его норм требует внедрения и постоянного обновления так называемых «Наилучших Существующих Технологий» (BAT — The Best Available Techniques).

Ситуация дополнительно усугубляется высоким уровнем европейских цен на электроэнергию, которые еще более возрастают в результате затрат на экологическую безопасность.

Все это приводит к ухудшению конкурентоспособности европейской продукции в сравнении со странами, которые не считают необходимым вкладывать значительные инвестиции в экологию и, следовательно, могут сохранять низкий уровень цен на продукцию черной металлургии. Ситуация своего рода демпинга конкурентов заставляет производителей из Европы и США еще осторожнее относиться к инвестициям в собственное металлургическое производство – проще говоря, этим странам более выгодно использовать импортный дешевый металл, чем собственный дорогой.

Собственная металлургическая промышленность Европы, если можно так выразиться, застыла в состоянии перманентного технического перевооружения (это касается, прежде всего, так называемых стран «Старой Европы», и в меньшей степени – новых членов Евросоюза). При этом по праву занимаемые ЕС передовые позиции в области экологической безопасности металлургических производств обходятся дорого, как в прямом, так и в переносном смысле этого выражения.

В этой связи представляется весьма характерным тот факт, что, хотя потребление стали в Китае в 2015 г. снизилось почти на 5,5 %, производство ее сократилось лишь чуть более, чем на 2 %. Этот кажущийся дисбаланс объясняется ростом экспорта стали из Китая.

Что касается собственно кокса, то на текущий момент на рынках ЕС активно конкурируют китайские и польские производители. Основным потребителем польского кокса является Германия. В настоящее время китайский кокс на границе дороже польского в среднем на 6-8 долларов США за тонну.

Все рекомендации и выводы, касающиеся применения ВАТ, являются обязательными для коксовых заводов Евросоюза; что же касается точной даты внедрения, то она указывается в нормативных актах конкретных государств-членов ЕС. Таким образом, Польше, хоть, возможно, и с отсрочками, также придется идти по пути наращивания инвестиций в природоохранную сферу, что в перспективе не может не сказаться на себестоимости продукции. Поэтому отмеченное ценовое преимущество перед Китаем вряд ли сохранится надолго.

Так, в докладе директора польского института химии угля А. Соболевского «Выбросы: готовность и инновации на коксовых заводах» отмечены следующие проблемные вопросы по природоохранным нормам для действующих коксохимических производств со сроком службы более 10-ти лет: углубление очистки коксового газа от сероводорода, снижение вредных выбросов из градирен, повышение оперативности мониторинга выбросов, совершенствование процессов обеспыливания выбросов в атмосферу на коксовой стороне батареи. Следует отметить, что к данной категории по сроку службы можно отнести практически все польские коксохимические заводы.

Среднесрочная (на 2020 г.) перспектива китайского экспорта кокса оценивается в 10-15 млн. т/год. Стоимость его будет зависеть от ситуации в угледобывающей отрасли Китая, где за этот период ожидается значительное сокращение добычи. Здесь уместно вспомнить, что по данным Федерального государственного унитарного предприятия России «Центральное диспетчерское управление топливно-энергетического комплекса» (http://www.cdu.ru/files/CountryUgol.pdf) в докризисном 2009 г. общий объем добычи всех видов угля в Китае составил 3,05 млрд. т, что было эквивалентно 45,6 % мировой добычи. В период 2000-2009 гг. среднегодовой прирост этого показателя в стране составлял 9,9 %. Всего за указанный период объем добычи угля в Китае увеличился в 2,3 раза. Однако в последнее время китайским правительством принимаются меры по сбалансированию угольного рынка – в первую очередь  за счет сокращения потребления энергетического угля.

Следует отметить, что руководство ЕС не хочет усугублять зависимость своих металлоемких производств от импорта. Прослеживается тенденция к решению этого вопроса путем корректировки правил международной торговли в направлении препятствования демпинговым процессам и, следовательно, для снижения различий в рыночной конкурентоспособности европейских производителей металла и основных экспортеров.

Одним из основных факторов, оказывающих непосредственное влияние на положение в коксохимии, является состояние рынка коксующихся углей. Их крупнейшим производителем является Китай (почти 54 % мировой выработки по данным за 2014 г.). Важными игроками в этом сегменте рынка остаются Австралия (более 17 %), РФ (почти 7,5 %), США (7 %), Индия (без малого 5 %), Канада (около 3 %), Монголия и Польша (на уровне 1 % каждая). На долю Украины и Казахстана приходится приблизительно по 1,5 % мирового рынка коксующихся углей, однако для нашей страны с ее развитой металлургией этого недостаточно для покрытия собственной потребности.

В 2011-2014 гг. мировая добыча коксующихся углей непрерывно росла. За счет этого, а также в результате снижения основными производителями затрат на добычу, цена подобной продукции за упомянутый период заметно снизилась и в 2014 г. составила 70-80 долларов США за тонну.

Солидарное падение мировых цен на все виды ископаемых энергоносителей вынудило производителей коксующихся углей в США и Канаде ограничить добычу (по данным на начало 2016 года – на 18 млн. т). Общее падение мировой добычи коксующихся марок углей явилось также и следствием сокращения производства в мировой черной металлургии. Так, например, в первом квартале 2016 года мировое производство стали (без учета Китая) снизилось с 204 до 192 млн. т.

Однако в соответствии с законами рынка снижение объемов добычи угля, т.е. уменьшение его предложения, привело не только к стабилизации, но и к росту цены. Так, например, в начале второго квартала 2016 года цена на австралийский коксующийся уголь превысила 84 доллара США за тонну. А по более поздним данным за неделю, с 5 по 12 сентября, стоимость тонны коксующегося угля на условиях «FOB Австралия» выросла до 185 долларов США (http://minprom.ua/digest/217749.html). Одним из основных факторов, способствовавших этому процессу, явилось упомянутое выше сокращение добычи угля в Китае. По данным на различные периоды 2016 г. (http://minprom.ua/digest/217749.html; https://www.vedomosti.ru/economics /news/2016/01/25/

Что касается собственно черной металлургии, то, например, темпы падения выплавки чугуна в Китае по данным на первое полугодие составили около 12 % при уровне этого показателя для остальных стран менее 9 %. В то же время экспорт китайского кокса (две трети которого в настоящее время потребляет Япония) постоянно растет.

Период падения цен на коксующиеся угли негативно сказался на производителях, ведущих разработки более затратным подземным способом (например, США – 90 % коксующегося угля обеспечивается шахтной добычей). В лучших условиях оказались кампании, практикующие преимущественно карьерные разработки (Австралия, 70 % угля добывается открытым способом). Поэтому австралийские угольщики укрепили свои позиции не только на европейском рынке, но и, например, в Бразилии: в 2015 г. Австралия ежемесячно поставляла в эти регионы на 0,6 млн. т больше по сравнению с предшествующим периодом, вытесняя адекватные объемы более дорогих американских углей. Однако американские коксующиеся угли не потеряли конкурентоспособность за счет более высокого качества и стабильности поставок. (Здесь уместно упомянуть, что то и другое является основными преимуществами подземной добычи – достаточно вспомнить масштабные перебои с поставками австралийских углей в результате наводнения 2011 г.).

Под влиянием упомянутых факторов характерной особенностью текущей ситуации с потреблением коксующихся углей можно считать работу производителей кокса с различными поставщиками сырья, причем не на конкурентной, а на совместительной основе. Ярким примером является Украина, импортирующая коксующиеся угли из США, Австралии, Канады, Казахстана, России, Польши.

Что касается углей для ПУТ, то спрос на них также определяется спадом в черной металлургии. В общем плане, низкие цены на металл и удорожание кокса стимулируют снижение расхода последнего в доменном процессе за счет более активного использования пылеугольного топлива.

Значительный интерес вызвали доклады, посвященные разработкам в области новых технологий и увеличения эффективности производства.

Так, например, группа авторов из Instituto Nacional del Carbоn INCAR (Национальный институт углерода, Овьедо, Испания), представила сообщение «Снижение энергопотребления в доменных печах с использованием железо-коксовых брикетов». Целью исследования послужило изучение процесса карбонизации агломератов, состоящих из углей и железной руды, и получение из них железо-коксовых брикетов для частичной замены кокса в доменной печи. Разработчики полагают, что применение подобных брикетов даст возможность повысить эффективность реакции восстановления железа в доменных печах путем снижения температуры резервной термической зоны за счет использования кокса с высокой реакционной способностью.

Исходная смесь для производства железо-коксовых брикетов включает низкокачественные железные руды (27,1 %), слабо- либо неспекающиеся каменные угли (58,8 %), древесный уголь (4,5 %), связующее (9,6 %, в т.ч. мелассы – 2,4 %, СаО – 2,4 %, воды – 4,8 %). Брикеты изготавливались на валковом прессе и подвергались обжигу. Авторы утверждают, что коксовые «скелеты», образующиеся в процессе изготовления брикетов, обладают большей реакционной способностью, чем продукты индивидуального коксования тех же углей традиционным способом. По нашему мнению, это объясняется различием в пористости конечных углеродистых продуктов, т.е. в различной поверхности химического взаимодействия твердого тела с газообразным реагентом.

Кампания «Baosteel Group» (КНР) представила доклад «Метод оценки и применение кокса высокой реакционной способности».

В докладе предпринята попытка систематизировать отличия условий традиционного определения показателей CRI/CSR от реальных условий доменной плавки. Результаты представлены авторами в виде нижеследующей таблицы.

Факторы

Определение CRI / CSR

Кокс в доменной печи

Температура, оС

1000 постоянная

850-1400 возрастающая

Область протекания реакции

кинетическая

– кинетическая:<1100 °C

– смешанная: 1100-1300 °C

– диффузионная: >1300 °C

Продолжительность

2 часа

зависит от скорости процесса

Реакционная атмосфера

CO2

смесь CO2, CO, H2, N2

Концентрация CO2, %

100

< 10

Соотношение газообразной двуокиси углерода и кокса (л/г)

3 (600 л/ 200 г)

формируется в процессе прямого восстановления

Влияние состава золы кокса (Fe2O3 / CaO / MgO / K2O/ Na2O)

очевидное каталитическое

воздействие

руда, железо и шлак имеют более сложный зольный состав, который может ингибировать каталитическое воздействие золы кокса

Непрореагировавшая угольная пыль

отсутствие

до 30 % от вдуваемой угольной пыли

Весовые потери кокса

неограниченные

зависят от степени прямого восстановления и количества непрореагировавшей угольной пыли, < 25 %

Исходя из отмеченных различий, авторы заинтересовались влиянием динамики потери массы образцов кокса при его тестировании методом Nippon Steel на конечный результат определения. Были проведены исследования шихт с различным содержанием угля Ewigo, кокс на основе которого характеризуется высокой реакционной способностью. Исследования проводились с использованием 300-килограммовой пилотной коксовой печи. Полученный кокс использовали в процессе доменных плавок на большегрузных печах (4000 м3) завода Baosteel.

Исходя из полученных результатов, авторы доклада предложили определять горячую прочность высокореакционного кокса следующим образом. При нагревании со скоростью 10 оС/мин образец кокса начинает терять массу при 950 оС; при температуре 1030 оС достигается определенная скорость реакции, и образец выдерживается в изотермических условиях до тех пор, пока массопотеря не достигнет 25 %.

По мнению авторов, оценка послереакционной прочности кокса с фиксацией потери массы на уровне 25 % (CSR 25) более адекватно, чем тест CSR, оценивает поведение в доменной печи кокса с высокой реакционной способностью. Этот метод внедрен на заводе Baosteel для составления оптимальных шихт с участием угля Ewigo.

Кампания «Bellona Europa» в лице своего директора Дж. М. Хелсета представила доклад о перспективах создания в Европе структуры улавливания, хранения и использования СО2. В марте прошлого года «Bellona» разработала для Норвегии основы подобной стратегии, основными из которых можно считать: создание рынка СО2, улавливание выбросов двуокиси углерода от существующих источников, разработка коммерчески выгодной инфраструктуры транспортировки и хранения СО2, его вовлечение в реализацию вторичных методов добычи нефти с искусственным поддержанием энергии пласта (Enhanced Oil Recovery, EOR-processes). Важным аспектом проблемы является необходимость ее комплексного, «вертикального» решения как на региональном, так и на общеевропейском уровне. Разработаны предложения для создания европейской политики инвестирования в решение поставленной задачи в рамках Евросоюза до 2020 года.

Все это касается существующих источников двуокиси углерода. На будущее же ставится достаточно амбициозная цель «черная металлургия без эмиссии СО2». В рамках ее достижения предполагается осуществить переход на прямое восстановление железа из руд водородом. Побочным продуктом такого производства будет водяной пар. В настоящее время в Швеции начата разработка соответствующего проекта.

Еще ряд докладов был посвящен проблемам, которые в той или иной степени изучались и изучаются в Украине. К ним можно отнести вовлечение в шихту для коксования слабоспекающихся углей и вторичных продуктов КХП (в т.ч. путем их брикетирования с использованием в качестве связующих смолистой части каменноугольных фусов, отходов производства пластических масс и т.п.), совершенствование конструкций машин и механизмов коксового производства, способы продления срока эксплуатации печного фонда и др.

Здесь хочется отметить, что для получения наиболее однозначных и информативных результатов по влиянию на качество кокса сырьевых компонентов, технологических приемов и пр. в мировой практике широко используются ящичные коксования, а также пилотные и лабораторные модели коксовой печи. К последним можно отнести, например, полу-пилотную печь емкостью 17 кг с подвижной стенкой (MWO – movable wall oven), упомянутую в докладе М.А.Диас (INCAR) «Использование отходов в качестве сырья в производстве кокса» (ссылка на статью Fuel 114, 216-223 (2013), M.A.Diez, R.Alvarez, J.L.G.Cimadevilla, Briquetting of carbon-containing wastes from steelmaking for metallurgical coke production with permission from Elsevier B.V.). В ГП «УХИН» упомянутые способы исследования процесса коксования традиционно используются и развиваются.

 

Рукопись посупила в редакцию 20.09.2016



Last Updated on Monday, 03 April 2017 16:16