Антрацит Русского Севера

На прошедшей недавно ежегодной пресс-конференции Владимир Путин, перефразируя великого российского учёного Михаила Ломоносова, сказал дословно следующее — «Богатства России будут прирастать Арктикой».

Совершенно понятно, что это не пустые слова, под ними очень серьёзный анализ промышленного, экономического и военно-научного потенциала, так или иначе связанного с дальними северными краями. Здесь и отладка круглогодичной работы Севморпути, и планируемые объемы поставок по нему грузов, включая углеводородное топливо и оборудование для его добычи и переработки. Нельзя не упомянуть и о значительном «наступлении» на Арктику российского военного ведомства, которое активно наращивает своё присутствие в регионе, выполняя попутно такую жизненно необходимую задачу, как очистка Арктики от разнообразного мусора.

Работа начинается с уборки

Сама идея «уборки» родилась в 2010 году и была принята в виде закона РФ. Его разработкой занимались Русское географическое общество, «Полярный фонд» и предприятие «Севморгео». Был выполнен предварительный комплексный мониторинг состояния экосистем Земли Александры, Гукера, Грэм-Белла, Гофмана и многих других. Особое внимание было уделено очистке Земли Франца-Иосифа, которая считается неофициальным биозаповедником, где обитают крупные популяции гренландских китов, находятся крупнейшие птичьи базары и лежбища моржей. Здесь же находится национальный парк «Русская Арктика». Достаточно сказать, что к началу программы очистки свалки мусора только на ЗФИ оценивались в 250 тысяч бочек, в которых без какого-либо контроля продолжало находиться 60 тысяч тонн нефтепродуктов. Это без упоминания почти миллиона пустых металлических бочек и другого металлолома. На сегодняшний день Министерство обороны отчиталось о ликвидации более 35 тысяч тонн разнообразного мусора.

Чтобы уважаемых читателей не смущало наше лирическое отступление, скажем, что мы, как люди сугубо мирные, не рекламируем российскую армию, но отдаем должное её трудам на ниве спасения природы Русского Севера. В то же самое время нельзя отрицать, что прогресс человеческой цивилизации всегда шагал абсолютно синхронно с развитием военно-научной мысли. Активное строительство атомного ледокольного флота, не менее активное развитие нефтегазовых и прочих месторождений, а также вернувшийся интерес к этим местам у товарищей в погонах даёт надежду на то, что чудом выжившие в лихие 90-е российские городки и посёлки Севера получат шанс на возрождение и развитие.

Однако оставим экологию, атомную энергетику и рёв авиационных турбин профильным специалистам, не будем отбирать у них хлеб. Давайте продолжим наш разговор о природных богатствах этого неприветливого края вечной мерзлоты.

В нашей прошлой статье мы уже, пусть и очень поверхностно, рассмотрели, чем же интересен Таймыр в плане угледобычи и почему представители горнодобывающих компаний, работающих там, смотрят в будущее с совсем неосторожным оптимизмом. Декларируется намерение «полностью возродить Таймыр, а посёлок Дикси сделать полноценной столицей Арктики». Впечатляет, не правда ли? На чём же базируется такая уверенность руководства компаний, осваивающих этот не знающий жаркого лета регион?

Что нужно понимать

Сегодня в русской Арктике работают и зарабатывают свои деньги несколько крупных добывающих компаний. Здесь расположено 47 минерально-сырьевых центров углеводородов с 247 месторождениями с уже готовыми проектами разработки, или с такими, под которые начато формирование инфраструктуры. Это ни много ни мало 68% от общего числа месторождений Севера. Именно здесь добывается почти 85% российского природного газа и до 11% нефти. Думаем, теперь ни у кого не осталось вопросов, почему руководство РФ обращает на данный регион самое пристальное внимание, а недавно из порта Сабетта отправился первый пробный газовоз «Кристоф де Маржери», с помощью которого планируется оценить практические перспективы поставки СПГ по Севморпути. Однако, как всякий вшивый о бане, так и автор этих строк предлагает вам поговорить о близком для него виде полезного ископаемого, на которое в не меньшей степени делается ставка в этой игре, — об угле. Почему? Да хотя бы потому, что именно уголь в ближайшем будущем займёт основное место в арктических грузоперевозках. Если компания «Новатэк» планирует перевозить в 2025 году 17 млн тонн сжиженного природного газа производства проекта «Ямал СПГ», «Газпром» — 6 млн тонн нефти из Нового Порта, то «Востокуголь» резервирует под себя целых 30 млн тонн. Уже сегодня заключено соглашение о долгосрочном сотрудничестве с датской компанией Nordic Bulk Carriers. Заявленная цель сотрудничества с судоходной компанией — увеличение грузоперевозок с полуострова Таймыр до 30 млн тонн в год судами класса Panamax, а в дальнейшем — классов Bothnia и Barents. Не знаем, как других, а нас очень даже впечатляет.

Как помнят наши читатели, Таймырский угольный бассейн по объемам разведанных запасов входит в списки мировых лидеров — около 185 млрд тонн, львиная доля которых приходится на угли антрацитной группы. В настоящее время компания «Востокуголь» ведёт активную отработку разреза на лицензированном участке «Река малая Лемберова», расположенном максимально близко к береговой линии и, соответственно, порту, его прогнозные ресурсы оцениваются в 600 млн тонн. Выполняется плановое увеличение добычи, так, в 2016 году объем добычи угля составил около 1 млн тонн, в 2017 году этот показатель вырос до 3 млн тонн. В планах «Востокугля» увеличение суммарной выемки углей в Арктике до 30 млн тонн в год. Из интервью с Александром Исаевым, одним из совладельцев компании, известны и приблизительные цифры себестоимости. Так, добыча и транспортировка тонны угля в порт оценивается приблизительно в 20 долларов, её погрузка в судно — еще 5 долларов, фрахт до Амстердама — 20 долларов, и последнее, ледокольная проводка — ещё 10 долларов. Как видим, даже если цена на уголь в силу тех или иных причин резко рухнет, данная схема всё равно останется высоко прибыльной.

Что же собой представляют антрациты и почему они столь высоко ценятся?

Те, кто прочёл нашу предыдущую статью, помнят, что качество любого угля оценивается по нескольким базовым параметрам. В первую очередь это степень углефикации (метаморфизма), т. е. объем содержащегося в сухой массе углерода. Далее учитываются объемы находящихся в подчинённом положении кислорода, водорода, серы и других веществ. Их совокупность и взаимные объемы напрямую влияют на удельную теплоту сгорания и интенсивность горения. Для антрацитов можно говорить об удельной теплоте в 33,8—35,2 МДж/кг. Но не будем забегать вперёд.

Его величество чёрный король

Антрацит — это «классический» уголь, то есть осадочное горючее полезное ископаемое органического происхождения. Цвет его варьируется от серого до глубокого чёрного с металлическим блеском, что объясняется высокой плотностью органической массы (1'500−1'700 кг/м³) и хорошей электропроводностью. Угли антрацитной группы плохо спекаются, что это означает, мы рассмотрим ниже. Содержание углерода в органической массе антрацита стремится к 97%, содержание водорода лежит в пределах 1−3%, удельная теплота сгорания доходит до 35,2 МДж/кг. Твёрдость угля этого типа по минералогической шкале лежит в пределах 2,0−2,5, то есть он довольно твёрдый, в отличие от тех же бурых углей, которые значительно более хрупкие, да к тому же ещё при попадании на воздух начинают стремительно терять влагу и распадаться в мелочь.

Здесь мы сделаем ещё один маленький шажок в сторону, потому что обязаны упомянуть о той «границе», по которой определяется, где у нас ещё каменный уголь, а где уже антрацит. В СССР подобным мерилом был ГОСТ 21 489−76, а определяющим параметром — отражающая способность витринита, то есть строго определённой группы микрокомпонентов. Встречается антрацит относительно редко, это обусловлено ключевыми условиями его «созревания» в толще земных пород. Наш чёрный король может, спустя десятки и сотни миллионов лет, появиться на свет только в тех местах, где накопленная органическая масса подвергалась сверхмощному давлению породной толщи, но это не всё. Не менее важным является наличие, удалённость и интенсивность воздействия температуры магматических потоков, то есть в комплексе мы ведём речь о термобарических условиях. Современная наука считает, что уровень внешнего термического воздействия на органический компонент колебался в интервале 350−550°С. Здесь, по примеру с предыдущей статьёй, опять будет уместно провести параллель с винокурением. Зальёт любитель огненной воды в бак правильно подготовленную брагу, хорошенько его закупорит, выберет правильную силу огня, тщательно будет контролировать возгонку и дистилляцию — и через некоторое время получит благородный кальвадос. А если небрежно свалит всё в кучу и не будет следить за соблюдением технологии — на выходе в кружку будет капать свекольный самогон. В нашем варианте подобным мастером выступает сама матушка-природа, которой торопиться было некуда, поэтому мы сейчас наслаждаемся плодами её трудов, которые гудят длинным пламенем в топках и печах, согревая наши дома.

На первый-второй рассчитайся!

До недавнего времени в нашей стране была принята довольно сложная классификация антрацитов по маркам. Все угли данного типа делились на полуантрациты (ПА) и, собственно, антрациты (А).

Полуантрациты, стоящие на ступеньку выше, чем каменные тощие угли, обладают, как ни странно, большей теплотой сгорания, чем антрациты. Средние значения у этих братьев 35 МДж/кг и 33,7 МДж/кг соответственно. Странно, подумает пытливый читатель, почему же горит полуантрацит жарче, а котируется ниже? Всё очень просто. Любой уголь рождён, чтобы быть сожженным, и вот, сгорая, уголь разлагается на различные компоненты и фракции. Одним из ключевых параметров, определяющих в том числе качество угля, является выход летучих (ядовитых) веществ. Данный параметр позволяет не только определить качество угля, но и подобрать оптимальный вариант его применения. И, раз уж мы касаемся темы защиты внешней среды, то стоит заметить, что этот параметр задает и технические требования к системам фильтрации, газоулавливания для всех установок, на которых происходит сжигание угля. Давайте опять чуть-чуть вильнём в сторону и расширим горизонт понимания темы.

Летучие вещества в углях — это газообразные и парообразные продукты, образующиеся при пережигании углей в стандартных условиях, за которые принимается температура 850±10°С. При коксовании и полукоксовании, а также при термической обработке горючих сланцев эти самые летучие вещества собираются и используются в химической промышленности. Как у рачительного крестьянина каждый гвоздь в хозяйстве пригодится, так же и тут — всё в дом, точнее, в химпром. Коксование и полукоксование — технологические процессы настолько значимые, что заслуживают отдельных рассказов.

Поскольку угли это не только чёрная кайма вокруг глаз, но и целая наука петрология, то выход летучих веществ чётко стандартизирован. В почившем CCCP выход регламентировался государственными стандартами: ГОСТ 6382−75 для ископаемых углей, ГОСТ 7303−77 для антрацитов, ГОСТ 12 270−66 для горючих сланцев, ГОСТ 3929−75 для кокса. Эти нормативы без малейшей двойственности толкования говорят всем жаждущим знаний, что выход — это соотношение массы летучих веществ к единице массы топлива (в процентном значении и в пересчёте на сухое беззольное состояние топлива). Логично, что чем меньше выход летучих веществ, тем выше степень углефикации нашего уголька, то есть тем больше звонкой монеты за него можно получить. Выход летучих веществ для торфа составляет внушительные 70%, для горючих сланцев 70−85%, для бурых углей 60−33% (да-да, именно в сторону понижения), в каменных углях этот показатель равен уже 50−8%, а у углей антрацитной группы 9−2%.

Простите, господа и дамы, но в нашем горном вальсе надо ещё шажочек в сторону сделать. Антрациты стоят в стороне от остальных углей ещё и в том, что для них выход летучих веществ определяется не по массе, а по объёму. Так бывает, император глубин, знаете ли, положение обязывает быть не таким, как все. Соответственно, для нашего подземного величества формулировка выхода изменится на «объём газов, образовавшихся в результате термического разложения единицы массы антрацита». Почему именно газа? Очень просто. Поскольку все прочие угли уступают в качестве, то при их сжигании образуются летучие вещества, в значительной мере состоящие из различных тяжёлых фракций, которые, как непослушные дети, при малейшей возможности стремятся перейти в твёрдое или жидкое состояние. Ну не хотят летать, и всё тут. У антрацитов такой проблемы нет, при их сгорании летучих веществ образуется, во-первых, меньше, во-вторых, эти газы более «лёгкие». А газ удобнее всего измерять объёмом, правда?

А теперь, как в старенькой одесской песенке, сделаем шаг вперёд и два назад, то есть вернёмся к нашим полу‑ и полноценным антрацитам. Как мы уже говорили выше, у полуантрацитов объемный выход достигает 330 см³/кг, а у антрацитов этот показатель менее 220 см³/кг, то есть хоть полуантрациты и горят жарче, но при этом выделяют больше вредных веществ и газов, потому и ценятся ниже. Оба типа углей характеризуются высокой механической прочностью, что позволяет без проблем перевозить их на большие расстояния, тем более что оба подземных брата не имеют склонности к самовозгоранию. Оба типа считаются котельным топливом и наряду с некоторыми сортами каменных углей, например, тощими, сжигаются в топках.

Но и тут есть закавыка, да не одна. Первая в том, что сжигать такие угли можно только в специальных топках, оборудованных промбункером. Вторая в том, что ни полуантрациты, ни антрациты сами по себе не сжигаются, в огонь летит только их некондиционная часть, то есть отходы. Третья — эти самые отходы сжигать можно не абы где и как, а только послойно в печах и котлах с соответствующими топками. Отдельные марки антрацитов «поддерживают работу» с камерными топками. На напрашивающийся вопрос наших читателей мы готовы ответить — сжигаются только отходы потому, что уж больно качественный уголь перед нами, вы же не бросаете в реку золотые слитки, когда рядом есть обычная галька? Даже при наличии большого количества ПА и А сжигать их в топочных и котельных не рекомендуется всё равно, конечно, если у вас нет пары запасных комплектов колосников и много свободного времени на их постоянную замену. И тут мы подходим к очередному важному разделу, без которого нельзя составить общую угольную картину.

Маленькие по три, большие — по пять

Помимо своей «начинки», добытый уголь, как и пресловутые раки из бессмертного фельетона в исполнении Романа Карцева, оценивается по крупности, то есть по размеру его кусков. И тут опять команда «Стоп! Внимание!». Перед тем, как мы рассмотрим градацию всех углей по величине, просим вас запомнить ключевое — сорт угля определяется маркой угля и его крупностью. Переводя это в формулу для условных гуманитариев, получим следующее значение: сорт = марка + крупность куска.

Согласно ГОСТ 19 242−73 любой уголь по размеру подразделяется на две группы: сортовые угли и совмещенные, сюда же включают отсевы, т. е. совсем уж некондиционную мелочь (как говорится — не в строй и не в бой).

В сортовых углях принята следующая градация:

Что касается совмещенных марок угля и отсевов, то тут поле ещё шире. Надеемся, читателям уже понятно, что в данном случае речь идёт о «смесях», состоящих из различных марок угля с различными размерами их кусков. Итак, тут принята следующая система деления:

То есть, читая теперь про то, что в котельных вашего региона в топках для нагрева воды используются угли сорта АШ и АРШ, вы, как грамотные и начитанные, будете знать, что речь идёт о смеси некондиционного антрацита с размером кусков до 6 мм.

Сложно? Ну, тогда на десерт скажем, что горняки не были бы собой, если не напустили ещё большего туману. Отдельной строкой в нашей истории проходит такое понятие, как рядовой уголь. В это понятие включается уголь любого типа, добытый из недр матушки-земли и складированный без какой-либо дополнительной обработки (отборки, отсортировки, грохочения, промывки, сушки и т.д.), уголь-сырец, если хотите.

Чтобы не лезть в совсем уж дремучие дебри петрологии, скажем, что разделительная классификация полуантрацитов и антрацитов была настолько сложна и запутана даже для профильных специалистов, что некоторое время назад от подобного разделения было решено отказаться, объединив ПА и А в единую группу. Соответственно, сегодня антрацитом считается любой уголь, чья степень углефикации выше, чем у тощего каменного угля. А там уже смотрят на конкретные характеристики конкретного антрацита, определяя, где и как его лучше всего использовать.

Широка страна моя родная

Здесь же мы бы хотели сделать небольшую ремарку по географии добычи антрацитов в нашей стране. В СССР основная добыча велась преимущественно в Донбассе, занимавшем первое место по важности и объёмам угледобычи. Суммарные запасы по состоянию на 1979 год на глубинах до 1'800 м оценивались в 140,8 млрд тонн, из них запасы кондиционного (по мощности пластов и зольности) угля оценены в 108,5 млрд тонн. Разведанные запасы промышленных категорий угля составляют 57,5 млрд тонн и перспективные — 18,3 млрд тонн. Среди промышленных и перспективных наиболее значительны запасы (в млрд тонн): антрацита (13,8), газовых (27,5), коксующихся (9,8), тощих (6,3) углей. Средняя глубина разработки угольных целиков от 400 до 800 метров, однако, отдельные шахты уже прошли отметку и в 1'000 метров.

Стоит ли удивляться, что вся энергогенерирующая инфраструктура современной Украины строилась в привязке к собственному угленосному региону? При этом отдельно нужно обязательно сказать, что Донбасс отличается очень неглубоким залеганием угольных пластов, добывать донецкий уголь можно тривиально при помощи кирки и лопаты. Во времена СССР выемка угля от нулевого горизонта (поверхности) была запрещена, эти угли рассматривались, как стратегический запас страны. В годы независимости и особенно на протяжении печальных событий трёх последних лет в Донецкой и Луганской областях буйным цветом расцвели так называемые «ко́панки», то есть нелегальные шахты, где без соблюдения каких-либо мер безопасности ведётся кустарная добыча угля, что, естественно, приводит к чудовищному травматизму и смертности.

Кроме Донбасса, антрациты добываются и в России — например, в Горловском бассейне, расположенном между Новосибирском и Барнаулом. Общие запасы антрацитов здесь — 6 млрд тонн, из них разведанных и оценённых — 298 млн тонн. Опять же нельзя не упомянуть, что Горловский бассейн помимо шахтного позволяет вести и открытую добычу угля, то есть методом отработки разрезов (170 млн тонн).

Водится антрацит в Тунгусском бассейне-гиганте (запасы оцениваются в более чем 2 трлн тонн), лежащем в труднодоступных районах Красноярского края (90%), а также Якутии и Иркутской области. Ну и, конечно же, теперь этот список антрацитовых кладовых пополнил Таймыр с его углём категории качества «супер-ультра».

Возвращаясь к главной теме нашей статьи, можно точно быть уверенным, что раз «Востокуголь» фрахтует под свои добычные мощности аж 30 миллионов тонн нагрузки, то речь, конечно же, идёт о кондиционном угле, который будет поставляться заказчикам в Европе и Азии. Параллельно очень хочется надеяться, что владельцы горных предприятий не забудут о своих наполеоновских планах, и отсевы арктического карбона в виде совмещенных марок будут попутно забрасываться в населённые пункты на всём пути следования углевозов. О такой возможности руководители «Востокугля», отдадим им должное, уже не раз говорили вслух, но, как ни странно, их инициатива пока не получает отклика у нашего правительства. С одной стороны, выгода для государственного бюджета совершенно очевидна — не менее половины грузов северного завоза составляет именно уголь как единственный энергетический ресурс для небольших котельных и ТЭЦ арктических городков и поселков. Но есть и вторая сторона, о которой мы уже говорили, — техническая: топки этих котельных должны быть готовы к встрече с температурами, которые дает пламя антрацита. И вот эта вторая сторона находится вне рамок компетенции «Востокугля», этим вопросом должно заниматься правительство. Если точнее — ведомство, которому будет делегировано решение этой проблемы. Зная о необычайной расторопности кабинета министров под руководством многоуважаемого Дмитрия Медведева, подозреваем, что проблема будет решена, когда до нее дойдет невидимая рука рынка, — то есть не в XXI веке.

Если же говорить не об этой ненаучной фантастике, то Арктике остается надеяться, что администрация президента передаст общее руководство развитием Северного морского пути и всего побережья под крыло «Росатома». Вот в этом случае действительно появится вероятность того, что компании, которым уже выдан карт-бланш на отработку бесценных запасов полезных ископаемых, а также неограниченный кредит доверия, не забудут о своих обещаниях по модернизации инфраструктуры заполярных посёлков, строительстве новых котельных, домов и т.д. Раз уж прирастать, то давайте в том числе и богатством и комфортом людей, живущих в русском Заполярье.

Три сухих корочки на десерт

Выше, описывая основные физические характеристики антрацитов, мы упомянули, что наше чёрное блестящее величество плохо спекается, и обещали пояснить, что это означает. Выполняем обещание.

Наши угли, в особенности антрациты, ребята со сложным «внутренним миром» и очень вредным поведением. Как вы помните, наши угли рождены для того, чтобы сгореть в пламени, подарив нам своё древнее тепло. За годы и десятилетия практических наблюдений было установлено, что угли, если их нагревать без доступа кислорода при температурах 350−500°С, стремятся частично или полностью перейти из твёрдого состояния в пластичное, с попутным образованием связанного нелетучего остатка. То есть, говоря упрощённо, спекаемость — это результат термического разрушения угля с выделением газообразных и жидких продуктов. Конкретно жидкая фракция и «спекает» угольный остаток в такой себе «торт». Важно понимать, что именно спекающиеся угли служат основой кокса — искусственного топлива, без которого невозможно отлить ни грамма стали и чугуна.

За сим автор позволит себе откланяться, но обещает всем, кому понравились эта и предыдущая статьи, продолжить знакомить с огромным миром ископаемых углей. Впереди нас ждут понятие зольности, коэффициент отражения витринита, гелевые компоненты угля, коксование и многое другое. Как всегда — просто и доступно, для самого широкого круга читателей.