Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Жуков А.В. 1, 2 Жукова Ю.А. 1, 2

---

1 Дальневосточный федеральный университет

2 ООО НПК «Примор-Карбид»

В работе представлены авторские научно-технические разработки по заявленному направлению исследований и ретроспективный анализ тематики выпускных квалификационных работ специалистов, магистерских и кандидатских диссертаций аспирантов и соискателей по актуальной проблеме повышения эффективности использования традиционных энергоносителей: нефти, газа и угля и, главное, разработке альтернативных экологически безопасных и конкурентоспособных технологий комплексной химической переработки угольного минерального сырья для получения синтетического газообразного и жидкого топлива и продукции нетопливного назначения. Большое внимание в выпускных работах и диссертациях также уделяется вопросам энергосбережения, рационального использования минерального сырья, выбору и обоснованию для конкретных месторождений, способов промышленной переработки углей, технико-экономическому обоснованию направлений диверсификации угледобывающих, энергетических и промышленных предприятий. Использование экономико-математической модели (ЭММ) при проведении НИР позволяет систематизировать информацию по рассматриваемым угольным месторождениям, выбрать и обосновать направления промышленной переработки минерального сырья и диверсификации предприятий, рассчитать экономические показатели вновь создаваемых производственных комплексов, оптимизировать параметры производства и номенклатуры выпускаемых изделий.

Статья в формате PDF

494 KB

инновационная подготовка

специалисты

диверсификация предприятия

энергоносители

экономико-математическая модель

1. Витюк А.К. Разработка инновационных принципов по размещению и организации производства на основе диверсификации угледобывающих предприятий: на примере Приморского края: дис. ... канд. техн, наук. – Владивосток, 2004. – 143 с.

2. Гнездилов Е.А., Жуков А.В., Яковлев А.Д. Экономическая эффективность организации производства синтетического топлива на основе химической переработки угольного минерального сырья в условиях Дальневосточного региона // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 9. – С. 324–329.

3. Жуков А.В. Рациональное природопользование, ресурсо- и энергосбережение: безотходные, экологически безопасные технологии комплексной переработки карбонатного и угольного минерального сырья // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2010. – № 12. – С. 147–150.

4. Жуков А.В. Экономические проблемы и приоритетные направления реструктуризации и диверсификации угольной промышленности // Совершенствование технологий добычи, обогащения и переработки угля. – 2002. – С. 33–38.

5. Жуков А.В. Развитие угольной промышленности в Дальневосточном регионе // Проблемы развития промышленного производства. – 2004. – С. 35–47.

6. Жуков А.В. Влияние качественных характеристик минерального сырья на выбор технологий переработки угля для производства жидкого и газообразного топлива // Сб. Тр-ов ДВГТУ. – 2006. – Вып. 143. – С. 243–250.

7. Заяц Р.М. Перспективные инновационные технологии переработки угля и укрупненное ТЭО переработки угольного минерального сырья дальневосточных месторождений: магистер. дис. – Владивосток, 2005. – 103 с.

8. Коноваленко А.А. Организация производства по переработке угольного и углеводородного минерального сырья для получения продукции топливного назначения: выпуск. квалиф. работа – Владивосток, 2013. – 82 с.

9. Корнеева Е.С. Приоритетные направления организации производства синтетического газообразного и жидкого топлива в условиях Дальнего Востока на основе химической переработки угольного минерального сырья: магистер. дис. – Владивосток, 2008. – 45 с.

10. Лукьянова О.В. Разработка технико-экономической модели рационального природопользования на основе структуризации и диверсификации угледобывающих предприятий: дис. ... канд. техн. наук. – Владивосток, 2000. – 135 с.

11. Сорокин А.П., Авдейко Г.П., Алексеев А.В., Бакланов П.Я., Жуков А.В., Подолян В.И. и др. Стратегия развития топливно-энергетического потенциала Дальневосточного экономического района до 2020 года / под ред. чл.-корр. РАН А.П. Сорокина. – Владивосток: Дальнаука, 2001. – 112 с.

12. Тежик С.В. Анализ состояния, проблемы и пути решения диверсификации угледобывающих предприятий ЗАО «ЛуТЭК»: магистер. дис. – Владивосток, 2001. – 107 с.

До середины прошлого столетия основой мировой и российской энергетики были угольные ресурсы. Начиная с 50-х годов в связи с ростом уровня потребления нефти и газа наблюдается постоянное снижение добычи и использования углей. В настоящее время доля углей в мировом энергетическом балансе составляет в среднем около 30 %. Современный уровень добычи нефти и газа, по некоторым расчетам, сохранится до середины XXI столетия и уже за пределами 2050 года в мире резко возрастет потребность в угольных ресурсах.

Сегодня уголь должен рассматриваться как энерготехнологическое сырье и использовать его в крупных масштабах надо только комплексно, деля его потенциальную химическую энергию примерно в равных долях между энергетической продукцией (электричеством и теплом) и химической продукцией. Организуя энерготехнологическую переработку твердого топлива на базе крупной энергетики (тепловой, а возможно, и атомной), мы преодолеем нефтегазовый кризис, ожидающий нас уже в этом, XXI веке. Негативные тенденции в области сырьевой базы нефте- и газодобычи – снижение ресурсов при необходимости сохранения высоких поставок на экспорт – требуют широкого и быстрого внедрения новых угольных технологий, ориентированных на эколого-, энергосбережение и комплексное использование углей всех видов [1, 2, 4, 9].

При газификации угля и получении газообразных и жидких топлив выделяются три основные направления, связанные с производством топливного газа и жидких энергоносителей:

1) состав и теплотворная способность продуцируемого газа;

2) конструкции используемого газогенератора;

3) особенности получаемого заменителя – низкое содержание СО и токсичность газа, что позволяет широко использовать этот газ в бытовых целях.

В промышленных процессах переработки углей чаще всего применяют следующие комбинированные технологии:

– газификация + сжигание газа + производство тепловой и электрической энергии;

– полукоксование + газификация твердого остатка (полукокса);

– полукоксование + производство адсорбентов;

– полукоксование + гидрогенизация жидкого продукта (смолы);

– газификация + синтез из полученного синтез-газа (СО + Н₂) высокомолекулярных углеводородов (синтез Фишера – Тропша);

– газификация + синтез метанола + производство бензина (Мобил-процесс).

Состав и теплотворная способность продуцируемого газа зависят не только от режимов газификации, но и от конструкции используемого газогенератора. Применение топливного газа позволяет решать экологические и технологические проблемы в энергетике, металлургии и других отраслях промышленности. Особенностью получаемого заменителя природного газа является низкое содержание СО и, следовательно, относительно низкая токсичность, что позволяет широко применять этот газ в бытовых целях. Синтез-газ используется для химической переработки в метанол, моторные топлива или для получения водорода. Для получения жидких топлив непосредственно из угля используются процессы гидрогенизации, пиролиза, ожижения растворителями. При получении котельного топлива (заменителя нефтяного мазута) и моторных топлив требуется дополнительное применение процессов гидропереработки жидких угольных продуктов с целью уменьшения содержания серы и других нежелательных примесей. Наиболее легко перерабатывается «угольная нефть», получаемая в процессе каталитической гидрогенизации угля [3, 7, 8, 12].

Ниже на рисунке представлена принципиальная схема конверсии природного газа в жидкое топливо на основе синтеза Фишера – Тропша.

Основной целью процессов переработки бурых углей является получение жидких топлив, смазочных масел и углеводородных газов, поэтому они направлены на разукрупнение (деструкцию) молекул исходного сырья и увеличение относительного содержания водорода. Это возможно осуществить следующими способами:

■ перераспределением имеющихся в исходном топливе водорода и углерода с получением основных продуктов – обогащенного водородом газа и твердого продукта с повышенным содержанием углерода. Это реализуется в термолизных процессах полукоксования и коксования;

■ превращением органической массы твердого топлива в простейшие молекулы – СО, Н₂, СН₄, СО₂, и Н₂О, что достигается при газификации с окисляющим агентом (О₂ или воздух) и водяным паром при температуре 800...1600 °С;

■ присоединением к органической массе угля водорода, так, чтобы соотношение «водород: углерод» увеличилось до величины, характерной для жидких топлив. Этот способ реализуется в процессах гидрогенизации угля.

При получении жидкого топлива на основе синтеза Фишера – Тропша разнообразные соединения углерода (природный газ, каменный и бурый уголь, тяжелые фракции нефти, отходы деревообработки) конвертируют в синтез-газ (смесь СО и Н₂), а затем он превращается в синтетическую «сырую нефть» – синтнефть. Это – смесь углеводородов, которая при последующей переработке разделяется на различные виды практически экологически чистого топлива, свободного от примесей соединений серы и азота. Достаточно добавить 10 % синтетического топлива в обычное дизельное, чтобы продукты сгорания дизтоплива стали соответствовать экологическим нормам (рисунок).

Принципиальная схема конверсии природного газа

Построим экономико-математическую модель, при помощи которой можно выбирать оптимальный с точки зрения получаемой прибыли вариант производства продукции. При этом исходим из предположения, что модель строится для предприятия угольной и газовой промышленности, которые занимаются как добычей угля, газа, так и производством природного и синтетического газообразного и жидкого топлива, которое возможно при реконструкции и диверсификации угледобывающих, газодобывающих и энергетических предприятий. Поэтому разработанная экономико-математическая модель (ЭММ) организации производства обладает высокой степенью универсальности. Реализацию ЭММ целесообразно производить дифференцированно по альтернативным вариантам для угледобывающих, энергетических и газодобывающих предприятий [5, 6, 10, 11].

Введем следующие обозначения (все показатели исчисляются за один и тот же период):

n_i – натуральный объем i-го вида угля, добываемого угледобывающими предприятиями;

m_i – натуральный объем j-го вида перерабатываемого угля;

n_ij – натуральный объем i-го вида угля и потребляемый при производстве единицы j-го вида перерабатываемой продукции;

с_i – отпускная цена единицы натурального объема i-го вида угля;

s_i – себестоимость единицы натурального объема угля, добываемого на угледобывающих предприятиях;

u_i – отпускная цена единицы натурального объема j-го вида перерабатываемой продукции;

v_i – себестоимость единицы натурального объема j-го вида перерабатываемой угольной продукции;

k – количество видов угля, добываемых на предприятиях;

l – количество видов новой продукции, производимой на реструктуризуемом и диверсифицируемом предприятии.

Прибыль предприятия угольной (газовой) отрасли складывается из следующих двух основных составляющих:

■ полученной за счет реализации части угля (газа), добываемого на предприятиях и равной

(1)

■ полученной за счет реализации новой продукции, производимой предприятием и равной

(2)

Суммируя выражения (1) и (2), получаем величину прибыли предприятия угольной (газовой) отрасли от основных и диверсифицируемых видов деятельности (добычи угля и химической переработки угольных минеральных ресурсов или природного газа). Следовательно, критерий оптимальности будет выглядеть следующим образом:

(3)

Последнее выражение представляет собой целевую функцию задачи оптимизации. Для формулировки задачи в целом необходимо еще наложить ограничения на переменные. В соотношении (3) n_ij и с_i выбираются соответственно на основе технологии и внешних условий деятельности.

Оптимизация издержек производства осуществляется в данном случае на базе следующего критерия:

(4)

где П – общая величина прибыли угледобывающего и энергетического предприятий от реализации продукции; m – количество марок угля; n – количество способов переработки и использования; V_ji – натуральный объем J-й марки угля, перерабатываемого и используемого l-м способом; S_ji – себестоимость J-й марки угля, перерабатываемой и используемой l-м способом; C_ji – цена J-й марки угля и l-го вида топлива.

При этом накладываются следующие ограничения:

С_ji ≤ С_ji ≤ С_ji, ограничения устанавливаются на основе исследований рынка;

0 ≤ V_ji ≤ минимум (; ), где – предельно возможный объем производства; – предельно возможный объем реализации.

Результаты технологических исследований и экономико-математического моделирования процессов позволяют более детально рассматривать конфигурацию и параметры систем реструктуризации и диверсификации угледобывающих и энергетических предприятий, согласовать и определить режимы работы подсистем управления и организации производства, прогнозировать технологические и экономические показатели вновь создаваемых и реструктуризуемых производственных комплексов.

Заключение

1. Рассмотрены научно-методические и экономико-технологические принципы организации конкурентоспособного производства на основе создания экологически безопасных ресурсо- и энергосберегающих технологий комплексной химической переработки угольного минерального сырья.

2. Для конкретных месторождений с различными качественными характеристиками углей целесообразна разработка физико-технических и экономико-математических моделей для выбора оптимального варианта процессов переработки бурых или каменных углей с получением синтетического газообразного и жидкого топлива или продукции нетопливного назначения.

3. Применение новых решений при разработке синтетических генерирующих источников позволяет осуществить экономию традиционных ресурсов (угля, нефти или газа). Научно-технические достижения нашей страны позволяют внедрять и успешно конкурировать с западными странами в такой области, как переработка угля в генераторный газ и моторное топливо. Ранее запатентованный способ переработки углекарбонатного минерального сырья комплексно решает проблему рационального природопользования путем создания ресурсо- и энергосберегающих технологий.

Рецензенты:

Гнездилов Е.А., д.т.н., профессор, руководитель ООП кафедры управления персоналом и экономики труда, Школа экономики и менеджмента, Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток;

Карастелев Б.Я., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой экономики и организации производства, Школа экономики и менеджмента, Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток.

Библиографическая ссылка