4 июля 2022 года прошел первый день работы ХI-го международного Российско-Казахстанского симпозиума «Углехимия и экология Кузбасса». Симпозиум проводится Федеральным исследовательским центром угля и углехимии СО РАН совместно с Научно-исследовательским институтом проблем горения (Казахстан).
Заседания Симпозиума в этом году проходят в комфортабельном зале ученого совета КузГТУ и этот символический шаг надеемся будет хорошим знаком для более активного участия в Симпозиуме представителей ВУЗов Кузбасса в будущие годы.
В этом году Симпозиум проходит под знаком предстоящего 300-летнего юбилея Российской академии наук, в смешанном режиме, с более 50 заявленными очными докладами и 35 из них от иногородних участников.
Высокий научный уровень Симпозиума обеспечивается участием ведущих ученых из Москвы, Санкт-Петербурга, Екатеринбурга, Омска, Новосибирска, Томска, Красноярска Кызыла, Иркутска и других городов России, а также восьми академиков РАН, трое из которых являются лауреатами международной премии «Глобальная энергия»: Конторович А.Э. - 2009 г., Алексеенко С.В. – 2020 г., Исмагилов З.Р. – 2021г.
Международный уровень Симпозиума подтверждается участием коллег из КНР, директора Китайско – Российского технопарка в г. Чанчунь, представителей научных и промышленных организаций Китая, ученых из Кореи, Монголии и Казахстана.
В связи со сложившейся эпидемиологической ситуацией, в целях предупреждения распространения COVID-19, проведение Симпозиума проходит в смешенном режиме видеоконференцсвязи и очном формате.
Число очных участников Симпозиума 78 человек. В первый день работы Симпозиума зафиксировано 45 подключений. Участвовали ученые четырех стран: Россия, Китай, Монголия, Казахстан. Было сделано 12 докладов.
Открыл Симпозиум Председатель Сибирского отделения РАН, вице-президент РАН, академик РАН Пармон Валентин Николаевич.
В своем приветственном слове академик определил две задачи, которые стоят перед регионом:
- организация крупнотоннажной переработки угля;
- экологические проблемы угледобывающих регионов.
Особое внимание участники Симпозиума должны уделить вопросам, которые помогут реализации Программы Кузбасса «Чистый уголь – зеленый Кузбасс». Валентин Николаевич пожелал участникам и организаторам продуктивной работы, чтобы Симпозиум выполнил свой задачи и был продуктивен. Здоровья, всего хорошего участникам. Да здравствует углехимия!
Бобылев Петр Михайлович, директор департамента угольной промышленности Министерства энергетики РФ, Россия, г. Москва.
Приветствуя участников Симпозиума, отметил, что КНТП «Чистый уголь, зеленый Кузбасс» объединила 16 вузов. КНТП одна из основных программ, которая решает много задач и обязательно будет размасштабирована на 11 регионов России, в которых добывают уголь.
Пожелал эффективной работы участникам Симпозиума, среди основных задач, которые стоят перед наукой, выделил экологические, импортозамещение.
Исламов Дмитрий Викторович, к.т.н., заместитель председателя комитета Государственной Думы по энергетике, депутат Государственной Думы Федерального Собрания РФ, Россия, г. Москва.
Много задач ставит перед угольной промышленностью современная ситуация в обществе: импортозамещение, внутреннее потребление, экология, безопасность. Постоянный прирост населения гарантирует высокую цену на уголь, а значит экономически более выгодные условия на всех этапах от добычи до продажи угля. Хочу пожелать Симпозиуму решения научных, экономических задач.
Ганиева Ирина Александровна, д.э.н., Министр науки и высшего образования Кузбасса, Россия, г. Кемерово.
Докладчик отметила, что Симпозиум решает важнейшие задачи для КНТП. Эта программа охватывает все условия жизни населения Кузбасса. Надо решать задачи всей научной общественностью Кузбасса. ФИЦ УУХ СО РАН решает очень важную задачу. Если мы хотим развивать альтернативные источники энергии, мы должны решать задачи без очевидного результата, но приносящие результаты в будущем. Финансирование науки – это важная задача сегодня, ответственность за будущее России. 2. Необходимость каждого из нас найти ключевые задачи, которые бы решали проблемы получения конкретных продуктов, технологий и внедрения. Только такие проекты должен финансировать НОЦ. В конце каждого проекта должен быть представлен результат. Симпозиум должен решать задачи, которые принесут конкретный результат сегодня.
С приветствием к участникам Симпозиума обратился Почетный Председатель оргкомитета, академик РАН Конторович Алексей Эмильевич, подчеркнул, что основные направления стратегии развития должны быть направлены на:
- решение экологических задач (воздух, вода, природные ландшафты);
- развитие малотоннажной (коксовые смолы) и крупнотоннажной (сорбенты, гуматы) химий;
- решение задач программы КНТП «Чистый уголь – Зеленый Кузбасс».
Алексей Эмильевич, подчеркнул, что все научные проекты должны давать практический результат, финансирование науки должно быть оправдано в период развития экономики России. В тоже время любая научная деятельность требует затрат, даже проекты, которые финансируются на длительный период и результат будет виден через несколько лет, вложения должны быть оправданы и вложения требуют отчета.
Ли Юнпин, генеральный директор Китайско-российского Технопарка, Китай, г. Чанчунь.
Дружественные отношения между нашими странами будут только укрепляться через разные формы содружества выставки, конференции. Мы решаем одни и те же задачи, поэтому мы рады видеть и работ ь с такими партнерами. Наш Центр предполагает взаимное сотрудничество в области науки, технологии и взаимодействия с учеными СО РАН.
Яковлев Алексей Николаевич, ректор Кузбасского государственного технического университета имени Т. Ф. Горбачёва, Россия, г. Кемерово.
Актуальность Симпозиума определяется задачами региона. Университет всегда открыт для проведения научных мероприятий, создания результативных площадок. Хотелось бы активнее привлекать студентов, молодежь к проведению мероприятий. Всем хочу пожелать удачной работы, конкретных выводов, решения поставленной повестки. Успехов в работе, всем здоровья!
Сессия 1. Пленарные доклады
Конторович Алексей Эмильевич, академик РАН.
Стратегические проблемы развития угольной и углехимической промышленности Кузбасса в свете современных глобальных и российских угроз и вызовов.
Алексей Эмильевич в докладе остановился на аспектах:
1. Современное состояние угольной промышленности России в Кузбассе, как главной угольной базы страны
2. Угрозы и вызовы устойчивому развитию глобальной угольной промышленности
3. Реальные угрозы и вызовы
4. Важнейшая задача: разумный подход к наращиванию добычи угля, энергоэффективные экологически выверенные российские технологиии и горное оборудование, оздоровление экологии.
5. Восстановление экологии в Кузбассе
После перерыва Симпозиум продолжил свою работу
Доклад «Переработка горючих отходов с получением энергии в сверхдиабатическом режиме фильтрационного горения» представил соавтор академика РАН Алдошина Сергея Михайловича,
Полианчик Евгений Викторович.
ИПХФ РАН, Россия, г. Черноголовка.
Алексеенко Сергей Владимирович академик РАН, Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Россия, г. Новосибирск.
Изменение климата и энергетика.
Академик предложил и описал оригинальные экспериментальные стенды и методы исследований энергетических процессов, а также возможные подходы к практической реализации предлагаемых технологий.
Исмагилов Зинфер Ришатович, академик РАН, научный руководитель ФИЦ УУХ СО РАН.
Кузбасс – центр угольной науки России.
Актуальность развития углехимии определяется целями и задачами государственной политики, подчеркнул академик Исмагилов З.Р. Данная задача определяется поручениями Президента РФ Путина В.В., который не раз отмечал в своих выступлениях значение углехимии, как одного из направлений развития угольной отрасли. Цель научное обеспечение угольной и углехимической промышленности России по всей цепи производств от добычи и глубокой переработки угля до рекультивации и создания экологически комфортной среды жизни.
В докладе представлены аналитические материалы развития углехимической продукции в мире. Мировой объем производства синтез-газа и других продуктов. Дан анализ результатов промышленного производства углехимии в Китае, производства химических продуктов через газификацию угля.
В докладе Представлены схемы получения продуктов коксохимического производства, мировое промышленное использование гуматов.
Академик Исмагилов З.Р. акцентировал доклад на комплексных проблемах углехимии, отработки технологий снижения эмиссии и утилизации СО2 и CH4 на всех стадиях. Получение продуктов из этих газов.
Генеральные научные задачи ФИЦ – фундаментальны и прикладные исследования для экологии региона и для развитие чистых технологий глубокой переработки угля в химические продукты.
Экологические проблемы региона затрагивают широкий спектр объектов: земля, воздух, вода. Он представил доклад, в котором оценил загрязнение почвы взрывчатыми веществами, нарушение ландшафта, проблемы канцерогенности угольного региона. Академик представил структуру ФИЦ УУХ СО РАН, основные направления Институтов, ведущие разработки ученых ИУХМ ФИЦ УУХ СО РАН.
Ведется большая работа по международному сотрудничеству с Китаем, создан Российско-Китайский НИ Центр СО РАН. Для эффективной работы и оценки новых проектов создан совместный Экспертный научный совет СО РАН и НОЦ «Кузбасс».
В заключении доклада академик определил следующие задачи:
1. Национальный межотраслевой центр разработки и испытаний горно-шахтного оборудования.
2. Программа развития науки и технологий: «Современная фундаментальная углехимия, научно-технологические основы глубокой переработки углей и создания функциональных и конструкционных углеродных материалов для обеспечения прорывного развития низкоуглеродных технологий в Российской Федерации».
3. «Инженерный центр углехимии и глубокой переработки углей» в Кузбассе с современным отделением стендовых установок для базовых технологий переработки угля.
4.Опытное производства высоко технологичной продукции – реагентов для иммунодиагностики индивидуальных онкологических рисков, а в перспективе – новых средств иммунопрофилактики рака.
Фролов Сергей Михайлович, д.ф.-м.н.,
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, Россия, г. Москва.
Фрагментация и газификация водно-угольных суспензий
Разработка методов сверхтонкого распыливания жидкого топлива для его прямого сжигания или паровой газификации – актуальная задача, тем более, если речь идет о жидкостях типа водно-угольных суспензий (ВУС). Один из наиболее эффективных способов распыливания жидкостей – аэродинамическое дробление струй с помощью ударных волн.
В результате воздействия на струю ударной волной, распространяющейся с высокой сверхзвуковой скоростью, характерные значения числа Вебера достигают очень больших значений, и происходит быстрое катастрофическое разрушение струй и капель с образованием фрагментов дробления малого размера (на уровне 10–15 мкм, «сверхтонкий распыл»). Именно это физическое явление легло в основу
инновационного способа распыливания жидкости или среды на ее основе (эмульсии, суспензии и т.д.), обеспечивающего получение факела со сверхтонким распылом (Патент РФ №2644422). Суть нашей разработки – подача топливной струи в выхлопной канал импульсно-детонационной форкамеры-смесителя (перед прямым сжиганием в камере сгорания) или импульсно-детонационного пароперегревателя (перед паровой газификацией в реакторе-газификаторе), генерирующих ударные волны в импульсном режиме с частотой до 10-20 Гц. В обоих устройствах сверхтонкий распыл с разделением фаз (воды и частиц угля) получается путем механического отделения воды от частиц угля, частичной газификации воды и угля в продуктах детонации вторичного топлива (природный газ, попутный газ, синтез-газ и т.д.), а также механической фрагментации агломератов частиц угля.
В докладе обсуждаются принципы работы опытных устройств-демонстраторов форкамеры-смесителя и пароперегревателя и их работа в комбинации с камерой сгорания и реактором-газификатором.
Востриков Евгений Викторович, генеральный директор АО «Кузбасский технопарк», Россия, г. Кемерово.
Поддержка технологического предпринимательства в Кузбассе.
Довгялло Максим Валерьевич, ответственный секретарь комиссии РСПП по горнопромышленному комплексу, Россия, г. Москва.
«В каком направлении двигаться в области углехимии?» такой вопрос поставил докладчик.
Есть проблемы, которые надо решать и продумывать.
1. Перспектива формирования рынка сбыта для продукта. Себестоимость продукта. Инвестировать денежные средства нужно с точными расчетами экономического эффекта.
2. Сегмент производства синтетического топлива, себестоимость из угля достаточно высока.
Огромный крупнотоннажный сегмент существует по производству экранов для смартфонов. Получение адсорбентов, сегмент ликвидации последствий катастроф (разлив нефтепродуктов).
3. Перспективное направление - производство удобрений.
4. Нанотрубки
Предложения вносить можно сразу на площадку в Министерство, чтобы формировать промышленные кластеры, чтобы была возможность увеличить промышленную базу региона. Будут финансироваться только компании, которые покажут экономический эффект, такие проекты будут поддержаны. Мы открыты и ждем Ваших предложений, окажем содействие в структурировании. Все делать надо быстро и с правильным подходом. Поручение до 15 августа, в соответствии с которым, должны быть сформированы списки по продуктам первой необходимости: продукты двойного назначения, медицины. С экономической стороны помощь всегда будет оказана.
Сессия 2. Пленарные доклады сделали:
Журавлева Наталья Викторовна,
д.т.н., генеральный директор ОАО «ЗСИЦ», Россия, г. Новокузнецк.
Маркерные вещества, оказывающие негативное влияние на окружающую среду, при добыче и переработке углей.
Перечень маркерных веществ, оказывающих негативное влияние на объекты окружающей среды при добыче и переработке углей, определен в информационно-техническом справочнике по наилучшим доступным технологиям ИТС-37 «Добыча и обогащение угля». В данном нормативном документе приведены критерии выбора маркерных веществ и их перечни в соответствии с технологиями добычи и обогащения угля. Подходы к определению критериев выбора маркерных веществ и сами их перечни требуют актуализации с учетом новых научных данных о распределении загрязняющих веществ в объектах окружающей среды в зоне влияния предприятий по добыче и переработке угля.
Метан является основным газообразным загрязняющим веществом для предприятий угольной отрасли. Однако, данное соединение не включено в перечень маркерных веществ. Многочисленные исследования, выполненные по изучению природной газоносности угольных пластов, показывают, что наряду с метаном в атмосферный воздух
поступают этан, пропан и другие углеводороды.
Предложено включить в перечни маркерных веществ углефильные токсичные элементы, специфичные для отдельных угольных месторождений, такие как мышьяк, ртуть, фтор, стронций и др.
Показано, что одним из критериев уровня техногенной нагрузки на атмосферный воздух в зоне влияния предприятий угольной отрасли может быть концентрация пыли каменного угля и связанные с ней приоритетные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). При этом в качестве информативного показателя указанной нагрузки следует использовать концентрацию фенантрена как наиболее устойчивого соединения данного ряда.
Нормируемые в атмосферном воздухе частицы с размерами менее 2,5 мкм и менее 10 мкм (РМ2,5, РМ10) следует рассматривать как частицы со связанными ПАУ. Данный вывод подтверждается изучением распределения соединений класса ПАУ в тонкодисперсных угольных порошках, которое было выполнено методом газовой хромато-масс-спектрометрии.
Клишин Владимир Иванович,
член-корр. РАН,
директор Института угля ФИЦ УУХ СО РАН, Россия, г. Кемерово.
Повышение эффективности и безопасности открыто-подземной разработки пологих угольных пластов.
Открыто-подземная разработка пологого угольного пласта включает подготовку на уступе борта разреза рабочей площадки по линии простирания на уровне почвы разрабатываемого пласта, монтаж на ней комплекса глубокой разработки пласта (КГРП), выемку угля путем проведения параллельных выемочных камер прямоугольного сечения, выдачу отбитого угля шнековым транспортером на рабочую площадку и погрузку его в транспортное средство. Одновременно с проведением каждой камеры вслед за подвиганием забоя перемещают шагающую крепь, оснащенную средствами технического зрения, посредством которых ведут дистанционное наблюдение за состоянием потолочины вблизи забоя выработки. По достижении забоем места, угрожающего вывалом пород кровли, потолочину выработки вблизи режущего органа КГРП поддерживают опорными балками шагающей крепи с установкой решетчатой затяжки, а потолочину за шагающей крепью поддерживают возведением анкерной крепи с той же решетчатой затяжкой.
Носков Александр Степанович,
член-корр. РАН,
Институт катализа имени Г. К. Борескова СО РАН, Россия, г. Новосибирск.
Каталитические технологии утилизации и теплоэнергетического использования метансодержащих вентиляционных выбросов угольных шахт.
Основным источником выбросов метана при добыче угля являются вентиляционные газы. Средняя производительность вентсистем угольных шахт составляет около 500 тыс. м3/час. Только в Кузбассе ежегодно в атмосферу, таким образом, выбрасывается более 2,5 млн. тонн условного топлива. Концентрация метана в вентиляционных выбросах невелика и редко превышает 1,0% об. Традиционными методами практически невозможно утилизировать такие низко концентрированные выбросы. Для решения этой задачи была разработана технология каталитического окисления метана в режиме периодического реверса потока газа в слое катализатора (реверс-процесс). Данная технология позволяет не только проводить окисление метана в вентвыбросах угольных шахт, но и получать высокопотенциальное тепло. Предлагаемая технология обеспечивает очистку вентвыбросов от метана без дополнительных энергозатрат на подогрев газов, начиная с концентрацией метана 0,2-0,3% об. При концентрации метана 0,6-1,5% об. использование технологии реверс-процесса позволяет также обеспечить получение теплофикационной воды или выработку электроэнергии.
Технология реверс-процесс получила широкое распространение, как в России, так и в мире для обезвреживания газов от различных органических соединений и диоксида серы. Аналогичные технологические решения уже применяются для очистки вентвыбросов угольных шахт в зарубежных странах.
Тайлаков Олег Владимирович, д.т.н., генеральный директор АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли», Россия, г. Кемерово.
Прогноз объемов извлечения и перспективы утилизации метана в Кузбассе.
Процессы добычи угля, его транспортировки и последующей переработки сопровождаются эмиссией метана. В Кузбассе усредненные коэффициенты выбросов метана при добыче угля подземным способом и последующем обращении с углем, извлеченного таким способом, составляют 15,1 м3/т и 3 м3/т. Коэффициент выбросов CH4 при добыче угля открытым способом принят 5,5 м3/т. При этом отработка в регионе высокогазоносных запасов угля, залегающего на больших глубинах, подземным способом характеризуется существенно большими объемами выбросов метана. В совокупном объеме в угледобывающей промышленности Кузбасса ежегодно выделяется более 2 млрд. м3 метана. Наибольший объем выбросов метана в 2,53 млрд. м3 в последнюю декаду наблюдался в 2018 г., когда были достигнуты рекордные показатели по добыче угля в 255,3 млн. т в угольной отрасли Кемеровской области. В предположении продолжающегося снижения доли подземного способа в общей добыче угля выбросы метана в угледобывающей промышленности Кузбасса в 2035 г. составят до 2,58 млрд. м3.
Рассмотрены современные подходы к определению газоносности, коллекторских свойств угольных пластов и изотопного состава углерода шахтного метана, обеспечивающие повышение эффективности мероприятий по дегазации углепородного массива. Обсуждаются варианты применения технологий утилизации метана угольных пластов в зависимости от его концентрации в метановоздушной смеси, включая деструкцию метана в факельных установках, получение тепловой и электрической энергии, переработку вентиляционного метана
Сессия 3. Устные доклады представили ученые ФИЦ УУХ СО РАН
Колесниченко Сергей Евгеньевич, к.т.н.
Исследование устойчивости пластовых дегазационных скважин на основе численного моделирования.
Разработана методика определения протяженности горизонтальных скважин пластовой дегазации методом эхолокации, в которой учитывается многофазность газовой среды измерений. Для интерпретации результатов натурных наблюдений разработано алгоритмическое и программное обеспечение, позволяющее рассчитывать скорость распространения акустической волны в горизонтальных скважинах. В шахтных условиях в 130 геофизических наблюдениях выполнена апробация методики и установлено, что протяжность участков скважин, через которые продолжается дегазация угольного пласта, существенным образом зависит от крепости угля. Так при крепости угля ниже 1,5 по шкале М.М. Протодьяконова протяженность скважины может снижаться в 2 раза по сравнению с первоначальной длиной по окончании бурения в течение 30 сут. Полученные результаты согласуются с результатами численного моделирования, выполненного в среде Comsol Multiphysics. Сравнительный анализ результатов математического моделирования изменения геометрических параметров криволинейной дегазационной скважины (рис.) и натурных измерений длины скважины в процессе её эксплуатации показал удовлетворительную сходимость 7,1%. В численных экспериментах показано, что изменение геометрии скважины наблюдается на удалении 42 метра от борта горной выработки, что соответствует результатам натурных измерений ее протяженности в 45 м. Предложенный экспериментально-аналитический метод может быть использован при разработке и обосновании систем дегазации угольных шахт. На слайде представлена 3-D модель изменения геометрических параметров дегазационной скважины, подготовленной методом направленного бурения
Макеев Максим Павлович, к.т.н.
Изучение фильтрационных свойств углей Кузбасса
Производительность горно-шахтного оборудования при отработке высокогазоносных угольных пластов подземным способом может ограничиваться газовым фактором – повышенным содержанием метана в горных выработках. Для снижения его влияния необходимо совершенствование систем и средств дегазации и стимуляции газоотдачи угольных пластов на основе повышения информативности и достоверности методов определения их фильтрационных свойств.
Разработан и представлен оригинальный подход к оцениванию состояние анизотропной нарушенной прискважинной зоны, учитывающий гидродинамические параметры процесса фильтрации флюида в угольном пласте, основанный на регистрации изменения его давления непосредственно в скважине и на границе области с измененной проницаемостью. Описана структура и параметры лабораторного стенда для физического моделирования фильтрации флюида в призабойную зону скважины на эквивалентных материалах. В среде Comsol Multiphysics разработана
численная модель, отображающая процесс фильтрации метана в угольном пласте (рис). Газопроницаемость, определенная в лабораторных исследования угольных кернов (19,88 ÷ 21,79 мД) и на основе численных экспериментов (18,89 ÷ 21,05 мД), характеризуются удовлетворительной сходимостью, не превышающей 6 %.
Обосновано совместное использование численного моделирования и лабораторных исследований для оценки газоносности рабочих угольных пластов, обеспечивающей повышение эффективности мероприятий по стимуляции их метаноотдачи, разупрочнению углепородного массива, управляемой посадке тяжелой кровли, обеспечивающих повышение безопасности угледобычи.
В 18.00 первый дня работы Симпозиума завершился.
В Программе Симпозиума зарегистрированы ученые институтов РАН и вузов страны из городов: Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Магнитогорск, Томск, Красноярск, Якутск, Сыктывкар, Новосибирск, Черноголовка, Кызыл, Тамбов, Пермь, Кемерово.
Сайт Симпозиума http://www.iccms.sbras.ru/ccsymp-2022
С Программой Симпозиума можно познакомиться на сайте, ссылка: https://drive.google.com/file/d/1oStMFYr9iQI8freD_aM7UQ2zxMqsOkLk/view
