Б.Авид ШУА-ийн дэд ерөнхийлөгч Академич
Нүүрсний коксжуулалт
Нүүрсийг иж бүрэн боловсруулах арга үндсэндээ коксжуулалт ба хийжүүлэлтийн технологиор дамжин явж байна. Нүүрсийг коксжуулж, кокс, давирхай ба хий эсвэл кокс болон эрчим хүч гарган авах технологи үйлдвэрт бүрэн нэвтэрсэн. Нүүрсийг коксын зуух буюу камерт хэрхэн цэнэглэх, ямар төрлийн коксын зуух/камер сонгох, түүнчлэн улайссан коксыг ямар аргаар бөхөөх зэргээс коксын чанар ихээхэн хамаардаг. Зуухыг дээрээс нь цэнэглэхэд нүүрсний нягтаршил бага (750 кг/м3) байдаг, харин урьдчилан нягтруулан бэлдэц бэлтгэн камерыг цэнэглэхэд нүүрсний орцын хэмжээ нэмэгдэн нягтарч (950-1150 кг/м3), улмаар коксын чанар сайжирна. Коксжуулахын өмнө нүүрсийг брикетлэх, урьдчилан карбонжуулах, нунтаглалтыг өөрчлөх, урьдчилан халаах болон нягтруулан бэлдэц бэлдэх зэрэг аргаар шихт бэлтгэх ба хамгийн сайн үр дүн өгсөн нь нягтруулан бэлдэц бэлтгэж цэнэглэх арга гэж үздэг.
Коксын үйлдвэрийг үйл ажиллагааны зарчмаар нь дайвар бүтээгдэхүүнт коксын үйлдвэр, кокс ба эрчим хүчний үйлдвэрлэл бүхий коксын үйлдвэр гэж 2 ангилдаг. Сүүлийн үеийн жишгээс харахад, том хэмжээний үйлдвэрийг уламжлалт аргаар байгуулж байгаа бөгөөд ийм үйлдвэрийн нэг нь Хьюндай ган ба Тиссен группийн хамтран Солонгос улсад байгуулсан 5 сая тонны хүчин чадалтай, 7.63 м өндөр, 380 камер бүхий үйлдвэр юм. Дайвар бүтээгдэхүүнт үйлдвэрийн босоо зуух тодорхой хэмжээний даралт дор ажилладаг тул, зууханд үүссэн дэгдэмхий бодисууд гадагшаа алдагдах магадлал өндөр, ялангуяа хуучрах тусам нэмэгддэг тул байгаль орчинд ихээхэн сөрөг нөлөөтэй. Харин эрчим хүчний үйлдвэрлэл бүхий зуухны даралт тодорхой төвшинд сөрөг байдаг тул дэгдэмхий бодис гадагшаа алдагдах магадлал бага, байгаль орчинд илүү ээлтэй тул эрчим хүчний үйлдвэрлэл бүхий зуух барих нь ихсэж байна.
Кокс ба эрчим хүч үйлдвэрлэдэг технологийн үндсэн зуухны нэг нь Жевелл Томпсоны коксын зуух бөгөөд голчлон 14000 мм урт, 3500-3700 мм өргөн, 2400-2800 мм өндөртэй, 40-50 тонн нүүрсээр нэг удаадаа цэнэглэдэг болно. Нүүрсэн бэлдэцийн өндөр 1000 мм. Сеза Гоа загварын коксын зуух нь Жевелл Томпсоны зуухнаас нарийн, 10760 мм урт, 2745 мм өргөн бөгөөд дээрээс нь цэнэглэдэг ажээ. Харин Удегийн зуухнуудад нүүрсийг хажуугаас нь бэлдэц бэлтгэн цэнэглэдэг. Зуухны өргөн нь 3800 мм, урт нь 15000 мм ажээ.
Хэвтээ хэлбэрийн коксын зуух нь бат бэх сайтай кокс үйлдвэрлэхэд зориулагдсан технологитой учраас бэлэн болсон коксыг бөхөөх тавцан руу буулгах үед бутрал бага явагдаж коксын дундаж бүхэллэг, овор хэмжээг нэмэгдүүлэн, үнэ цэнтэй цутгуурын зуухны коксыг ихээр үйлдвэрлэх боломж олгодог. Энэхүү зуухыг ашиглах үед засвар үйлчилгээ ба үйлдвэрлэлийн хэсэгт цөөн тооны техникийн ажилчид шаарддаг энгийн технологитой. Кокс ба эрчим хүчний технологи нь уламжлалт технологитой харьцуулахад ижил хүчин чадлын хувьд бага хөрөнгө оруулалт шаарддаг. Энэ нь хялбар бүтэцтэй, дайвар бүтээгдэхүүн боловсруулах болон зуухны хий хуваарилах систем байдаггүйтэй холбоотой. Уламжлалт зуух бүхий үйлдвэрийг барьж байгуулахаас 40% бага хугацаа шаардах ба дайвар бүтээгдэхүүнд зориулсан дагалдах олон үйлдвэрийн тоног төхөөрөмж суурилуулах газрыг хэмнэнэ. Нөгөө талаас эрчим хүчний үйлдвэрлэл бүхий эдгээр зуухнуудад зарим нэг сул талууд бий ажээ. Тухайлбал, их хэмжээний талбай эзэлдэг, их хэмжээний галд тэсвэртэй тоосго хэрэглэдэг, түүнчлэн их хэмжээний бэхэлгээ төмөр ордог, том хий цуглуулах систем, шатаалтын алдагдал зэрэг болно. Тийм учраас хэвтээ зуухны халаалтын хэсгийг уламжлалт босоо хэлбэрийн зуухны технологитой уялдуулан зохион бүтээж чадвал хэвтээ зуухны сул талуудыг багасгах бүрэн боломжтой гэж үзээд анхны туршилтын үйлдвэрийг 2000 оны зун Шанши мужид барьж туршин хөгжүүлээд байна. Энэ төрлийн зуух нь эрчим хүчний үйлдвэрлэл бүхий коксын зуухны хамгийн сүүлийн хувилбар ба Хятад улсад анхны босоо хэлбэрийн эрчим хүчний зориулалттай зуух 2002 онд баригдсан. Монгол Улсад энэ хэлбэрийн коксын камер бүхий үйлдвэрүүд баригдаж эхлээд байна.
Зуухнаас гарсан улайссан коксыг нойтон болон хуурай аргаар бөхөөх бөгөөд нойтон хөргөлтийн аргаар нэг тонн коксыг хөргөхөд ойролцоогоор 0.5-0.7 м3 ус зарцуулж, 100-130OС хүртэл хөргөдөг ба хөргөх вагон хурдацтай элэгддэг, усны ууртай хамт дулааны 50 орчим хувь алдагддаг зэрэг олон сул талтай боловч энэ арга нь цорын ганц арга байв. Нойтон арга нь энгийн хийцтэй, хөрөнгө оруулалтын болон ашиглалтын зардал бага зэрэг давуу талуудтай. Харин хуурай хөргөлтийг нэвтрүүлснээр коксын чанар ихээхэн сайжирсан бөгөөд Япон улсад коксын бүх үйлдвэр хуурай хөргөлттэй болсон ба дэлхий даяар хуурай хөргөлт нь маш ихээр нэвтэрч байна. Хуурай аргад голчлон инертийн хий (азот)-г ашиглаж байгаа бөгөөд хэт халсан инертийн хийг ашиглан өндөр даралт, өндөр температур бүхий уур үүсгэн эрчим хүч үйлдвэрлэдэг.
Нүүрсний хийжүүлэлт
Нүүрсийг илүү үр ашигтай, бохирдол багатай хэрэглэх арга нь эрчим хүч, түлш, химийн бүтээгдэхүүн гарган авах бололцоог бий болгодог хийжүүлэлтийн технологи юм. Агаарын үлээлгэ бүхий хийжүүлэлтийн процессын үед үүссэн бүтээгдэхүүнд их хэмжээгээр агуулагдах азотыг ялгах нь хүндрэлтэй байсан ба 1920-оод оны үед Карл вон Линде агаарыг хөргөн салгах процессыг үйлдвэрлэлд нэвтрүүлснээр хийжүүлэлтийн процесст цэвэр хүчилтөрөгч ашиглах бололцоо нээгдсэн. Хүчилтөрөгчийн үлээлгэ бүхий үйлдвэрийн процессын үед хийжүүлэлтийн бүтээгдэхүүнд агаарын азот байхгүй давуу талтай боловч агаараас хүчилтөрөгчийг салгах үйлдвэр нэмж барих шаардлагатай тул хөрөнгө оруулалтын хэмжээг нэлээд нэмэгдүүлдэг.
1950-д оноос хямд байгалийн хий хэрэглэх болсноор хийжүүлэлтийн процессыг ашиглах нь эрс багассан боловч технологийн хөгжил тасралтгүй явсаар өнөөгийн түвшинд хүрсэн. Хийжүүлэлтээр үүссэн нийлэг хийнээс байгалийн хий, Фишер Тропшийн технологиор шингэн түлш эсвэл метанол гарган авч улмаар бензин, химийн бүтээгдэхүүн, хос цикл бүхий станцад шатааж эрчим хүч гарган авахад голчлон хэрэглэж байгаа бөгөөд цаашид эдгээр бүтээгдэхүүний хэрэглээ улам бүр нэмэгдэх хандлагатай байгаа тул хийжүүлэлтийн аргыг улс орнууд өргөн хүрээнд хөгжүүлэх төлөвтэй байна.
Европ, АНУ-д хийжүүлэлтийн процесс ашиглан цахилгаан эрчим хүч (IGCC) гарган авахад хэрэглэх нь ихсэж байна. Том оврын, өндөр үр ашигтай хийн турбинууд хөгжих болсноор хийг шатааж орчин үеийн хамгийн өндөр үр ашигтай, байгаль орчинд хор хөнөөлгүй эрчим хүч үйлдвэрлэх технологи бий болсон билээ. Харин Азийн орнууд илүүтэйгээр нүүрснээс шингэн түлш гарган авахад анхаарч байна. Орчин үеийн үйлдвэрүүд урсгалд (entrained flow) хийжүүлэгч генераторыг ихээхэн хэрэглэж байна. Өндөр температурт хийжүүлдэг тул давирхай, тос зэрэг бодис үүсдэггүй ба горимоор нь ажиллуулахад нүүрстөрөгчийн хувирлын зэрэг 99% хүрдэг.
Энэ төрлийн хийн генераторт бараг бүх төрлийн нүүрс ба нефтийг боловсруулах боломжтой. Гэхдээ доод шатны хүрэн нүүрсийг боловсруулах нь эдийн засгийн хувьд төдийлөн ашиггүй, өөрөөр хэлбэл ийм төрлийн нүүрс нь чийг ихтэй тул усыг хатаахад их хэмжээний дулаан шаардагдана. Мөн үнслэг ихтэй нүүрс ашиглах нь зохимж муутай, учир нь их хэмжээний үнсийг хайлуулах шаардлагатай.
Копперс-Тоцек ба Шелл хамтран даралтад хийн генераторыг бүтээсэн ба улмаар хос циклтэй генератораар цахилгаан үйлдвэрлэхээр Шелл өдөрт 2000 тоннын хүчин чадалтай үйлдвэрийг Голландын Баггенумт, Копер-Тоцек 3000 тоннын хүчин чадалтай үйлдвэрийг Испанийн Пуертоланод байгуулсан. Копер-Тоцекийн даралтад генераторыг Пренфло гэдэг. Шелл 15 төсөлд өдөрт 900-4000 тонн хүчин чадалтай 20 генераторыг суурилуулах гэрээ хийсэн ба 5 нь үйл ажиллагаагаа эхлүүлээд байна. Техсакогийн (GE) хийжүүлэлтийн генератор ашигласан төслүүд азотын бордоо, цахилгаан эрчим хүч, метанол болон хотын хий гарган авах чиглэлээр хэрэгжиж байна.
Устөрөгч ба нүүрстөрөгчийн дан исэл агуулсан нийлэг хийнээс нүүрсустөрөгч бүхий бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх процессыг Фишер-Тропшийн (ФТ) технологи гэнэ. Энэ технологи нь харьцангуй хуучны технологи бөгөөд Герман улс дэлхийн II дайны үед энэхүү технологийг ашиглан танк болон онгоцны түлшийг үйлдвэрлэж байжээ. Сүүлийн үед нүүрсний асар их нөөцтэй, эрчим хүчний дутагдалтай орнууд болох Хятад, АНУ, Австрали, Энэтхэг, Өмнөд Африк зэрэг улсууд энэхүү технологийг эдийн засгийн талаас гэхээс илүүтэйгээр улс төр болон стратегийн сонирхлоор хөгжүүлэн хэрэглэх болсон.
1951 онд Сасолбургт анхны (Сасол-1) үйлдвэрийг барьсан ба энэ үед газрын тос баррель нь 2-3 доллар байсан бөгөөд 1970-аад он болтол эл үйлдвэрийн санхүүгийн асуудал хүнд байв. 1970-аад оноос газрын тосны үнэ огцом өссөн, мөн үйлдвэрт байсан зарим техникийн асуудлыг шийдэж чадсанаар Секунда хотод Сасол-2 (1980) болон Сасол-3 (1983) үйлдвэрийг барьж ашиглалтад оруулсан. Энэ үед газрын тосны үнэ баррель нь 35 доллар байсан бөгөөд энэ хоёр үйлдвэрт Сасол-1 үйлдвэрт гарч байсан асуудал үүсэж байсангүй, харьцангуй амжилттай ажиллаж байв. Энэ гурван үйлдвэр нь нүүрс ашигладаг ба үйлдвэрлэсэн шатахуунаа уламжлалт түүхий эд болох газрын тосноос гарган авсан шатахуунтай адил үнээр борлуулдаг, мөн газрын тосны үнэ өсөх үед ихээхэн ашигтай, буурах үед эсрэгээрээ алдагдалтай ажилладаг ажээ. Өмнөд Африкийн засгийн газар 1992 онд Моссел бейд байгалийн хийнд суурилсан ФТ-ийн үйлдвэр ашиглалтад оруулав. Энэ үед газрын тосны үнэ 15 доллар болтлоо буусан байсан тул мөн эдийн засгийн асуудал үүсэж байв. Саяхан болтол Сасолын гурав үйлдвэр гурвуулаа нүүрснээс нийлэг хий үйлдвэрлэж байсан бол 2004 оноос Сасол-1 үйлдвэр Мозамбикээс хоолойгоор байгалийн хий импортлон нийлэг хий үйлдвэрлэн шингэн түлш үйлдвэрлэж байна.
Сасолын хэмжээнд жилд 7.5 сая тонн төрөл бүрийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэдэг бөгөөд Өмнөд Африкийн шингэн түлшний хэрэгцээний 30%-ийг хангадаг. Өмнөд Африк улсад хэрэгжиж буй нүүрснээс шингэн түлш гаргах үйлдвэрийн туршлагаас харахад үйлдвэр байгуулах анхан шатны хөрөнгө оруулалтад Засгийн газраас дэмжлэг үзүүлэх шаардлагатай.
Сүүлийн жилүүдэд нүүрснээс шингэн түлш гарган авах судалгаа БНХАУ-д эрчимтэй хийгдэж байгаа ба одоогоор 12 компани нүүрс шингэрүүлж шатахуун гаргах чиглэлээр ажиллаж байна. Эдгээр компаниуд нүүрсийг шууд болон шууд бус, түүнчлэн нүүрснээс бензин гарган авдаг Эксонмобилийн (MTG) технологи бүхий төслүүд хэрэгжүүлж байна.
Шанши дахь нүүрс химийн хүрээлэн хөдөлгөөнгүй үет ФТ-г сайжруулан хувиргасан ФТ болон зуурмаг фазат реакторыг сайжруулан зуурмаг фазат хувиргасан ФТ гэдэг 2 технологийг хөгжүүлжээ.
Хятад улсад өнөөдрийн байдлаар шууд шингэрүүлэх технологи ашигласан 1.08 сая.тн хүчин чадалтай том оврын нэг үйлдвэр ажиллаж байгаа бөгөөд цаашдаа хүчин чадлыг нь нэмэгдүүлж, 5 сая.тн болгох төлөвтэй байна. Фишер Тропш буюу шууд бус шингэрүүлэх технологи ашигласан 7 үйлдвэр (8.65→27.65 сая.тн), метанолоос бензин үйлдвэрлэх 16 (1.88→15.21 сая.тн), давирхайг гидрогенжүүлэх 35 (8.59→12.64 сая.тн), нийлэг байгалийн хий гарган авах 4 (5.1→133.3 тэрбум м3), метанолоос олефин гарган авах 25 (16.65→52.5 сая.тн), этиленгликоль гарган авах 28 (7.63→33 сая.тн), метанолоос ароматикууд гарган авах 4 (0.37→5.8 сая.тн) төслийг хэрэгжүүлж байна.
Монгол Улс нүүрс химийн аж үйлдвэр хөгжүүлэхээр зорьж байгаа бөгөөд боломжит нэг хувилбар нь нүүрснээс полипропилен гарган авах юм. 2024 оны байдлаар дэлхийн полипропилены үйлдвэрлэл 87.2 сая.тн-д хүрсэн ба 2034 онд үйлдвэрлэлийн хэмжээ 135 сая тоннд хүрнэ гэж таамаглаж байна. Пропиленыг нефтийн нэрлэгийн бүтээгдэхүүн нафтаг катализаторт болон уурын задралд оруулж дагалдах бүтээгдэхүүн байдлаар гарган авч байсан бол үйлдвэрлэлийн хэмжээ нэмэгдэх тутам шинэ арга технологи хайх болж, сүүлийн үед метанолоос гарган авах нь улам бүр ихсэж байна. Метанол нь органик нийлэгжүүлэлтийн хамгийн чухал бүтээгдэхүүний нэг юм. Метанолыг уусгагч болгон хэрэглэхээс гадна формальдегид, диметилтерефталат, метилметакрилат, цууны хүчил зэрэг олон бүтээгдэхүүнийг үйлдвэрлэхэд хагас боловсруулсан бүтээгдэхүүн байдлаар өргөн ашигладаг. Нийт үйлдвэрлэсэн метанолын 40-50% нь зөвхөн формальдегид үйлдвэрлэхэд зарцуулагддаг байна. 2020 оны байдлаар 129 сая тонн метанол үйлдвэрлэсэн бөгөөд ойрын 10 жилд уг үзүүлэлт 2 дахин нэмэгдэх төлөвтэй байна. Метанолын үйлдвэрлэл анх 1920 оны дунд үед эхэлсэн бөгөөд 400OС-ийн температурт, 10МПа даралт дор нийлэг хийнээс цайр хром катализатор ашиглан гарган авч байжээ. Удаан хугацаанд метанолын үйлдвэрлэл жилд 7-12% ийн өсөлттэйгөөр, нийт үйлдвэрлэсэн метанолын 50% нь формальдегид, 10% нь уусгагч, 10% нь диметилтерефталат, 30% нь нийлэгжүүлэлтэд ашиглаж ирсэн байна. Харин сүүлийн жилүүдэд түүний үйлдвэрлэл огцом өссөн ба энэ нь метанолыг эрчим хүч болон бусад салбарт илүү өргөн хэрэглэсэнтэй холбоотой. Лургийн Мегаметанол технологи үйлдвэрлэлд шилжсэнээр метанолыг хямд аргаар гарган авах бололцоо бий болж, улмаар энэхүү метанол дээр суурилсан нийлэгжүүлэлт ихсэх болсон.
Сүүлийн үед нүүрсний хийжүүлэлтээр устөрөгч гарган авах асуудлыг улс орнууд ихээхэн сонирхож байна. Нүүрсхүчлийн хийг хураах, хадгалах, ашиглах технологи (CCSU) бүхий нүүрсний хийжүүлэлт дээр суурилан нүүрснээс устөрөгч гарган авсан тохиолдолд нүүрсний ирээдүй шинээр төсөөлөгдөхөөс гадна, усны электролиз болон цахилгаан эрчим хүчнээс гарган авснаас илүү хямд устөрөгч үйлдвэрлэх эх үүсвэр болох юм.
Өнөөгийн байдлаар, 70-73 сая тонн устөрөгч жилд үйлдвэрлэж байгаа ба үүний 70 орчим хувийг байгалийн хийнээс, 27%-ийг нүүрснээс, нэг хүрэхгүй хувийг цахилгаанаар гарган авч байна. Мөн бусад үйлдвэрлэлийн дагалдах бүтээгдэхүүн маягаар 45-48 сая тонн устөрөгч үйлдвэрлэгдэж байна. Нийт 38 сая тонн устөрөгчийг нефтийн үйлдвэрт, 31 сая.тн-ыг азотын бордооны түүхий эдээр, 4 сая.тн-ыг гангийн үйлдвэрт, 26 сая.тн-ыг бусад чиглэлээр ашиглаж байна.
