Hnědouhelný dehet - stále otevřená otázka

Ing. Frantisek Kružík - VŠB-Technická univerzita Ostrava, Hornicko-geologická fakulta 
Ing. Marcel Brejcha Data System s.r.o.

Abstrakt

Chemické zpracování hnědého uhlí není novinkou. Obsah dehtu v produktech nízkoteplotní karbonizace neogenního hnědého uhlí Mostecké pánve je součástí jeho litogenetických vlastností i potenciálně samostatně využitelnou složkou produktů ze suroviny. Je proměnlivý v širokých mezích jak ve vertikálním profilu uhelných slojí, tak i v jednotlivých částech pánve (ve skutečnosti surové hnědé uhlí neobsahuje žádný dehet, ten je jedním z produktů tepelného zpracování uhelné substance - pro zjednodušení je zde pojem „obsah dehtu" používán jako substituce popisného: „podíl dehtu v produktech nízkoteplotní karbonizace hnědého uhlí o daném obsahu popela). Přesnější kvantitativní obsah dehtu na základě regresních výpočtů byl považován za nepredikovatelný a výhradně empiricky odhadovaný jen pro oblasti ověřené v minulosti hlubinnou těžbou nebo lokálně a nepravidelně určený analyticky z vrtných jader.

V článku je konstatováno, že existuje řešení postupu reprezentativních regresních funkcí (na základě statistického šetření a korelace obsahu dehtu s obsahem popela a síry), umožňující aproximovat obsahy dehtů v celém profilu sloje i v ploše území, včetně kvantifikování zásob hnědého uhlí podle obsahu dehtu v lokalitách s provedeným základním vrtným průzkumem a příslušnými analýzami uhelné substance. 

Úvod - několik výročí

V letech 1908 až 1912 wroclavský rodák německého původu Frederick Bergius pracoval na univerzitách v Karlsruhe a v Hanoveru na technologii vysokotlaké hydrogenace hnědého uhlí a těžkých ropných olejů. V roce 1913 dostal na svůj vynález patent a v roce 1931 mu byla udělena Nobelova cena za chemii, spolu Carlem Boschem, za objevy v oblasti vysokotlaké chemie. Mimochodem, Frederic Bergius se intenzivně zabýval syntetickou výrobou průmyslově využitelných cukrů z ligninu a pokusy o průmyslovou výrobu jej přivedly téměř na mizinu. Desinterpretace jeho práce v této oblasti, položila základ dodnes tradované představě o levné syntetické výrobě potravin z uhlí a ropy, kterou jako nekonečný příběh opakovaně omílají ekoaktivisté, jako argument proti energetickému využívání fosilních paliv. V době příprav na II. světovou válku bylo postaveno několik provozů na zpracování uhlí podle Bergiusova patentu. S tím souvisí i další letošní výročí. Již krátce po Mnichovské dohodě, odstoupení Sudet a jejich obsazení německou armádou v září a říjnu 1938, byl důlní majetek dvanácti největších důlních společností vyvlastněn ve prospěch společnosti Sudetenländische Braunnkohlengeseltschaft AG (známá zkratka SUBAG) a společnost Sudetenländische Treibstoffwerkw AG (STW) zahájila již květnu 1939 v Záluží výstavbu závodu na výrobu syntetických paliv podle projektu Mineralöl Bangeseltschaft AG, metodou nízkoteplotní karbonizace a třístupňové hydrogenace produkovaného dehtu. Karbonizační pece byly uvedeny do provozu v roce 1942 a 15.12.1942 byl expedován první benzín. Plánovaná produkce měla dosáhnout 655 000 tun karbonizačního dehtu za rok.

V letošním roce tedy uplyne 70 let od výroby prvního benzínu Bergiusovým postupem v Záluží u Litvínova. Továrna produkovala benzín i přes spojenecké nálety až do konce II. světové války. Po válce byla výroba syntetického benzínu z hnědého uhlí obnovena, od roku 1956 se stejným procesem vyráběl benzín i z ropy dovážené z Ruska, od roku 1962 dopravovaného ropovodem Družba.

Paralelní výroba benzínu a dalších produktů z hnědého uhlí pokračovala až do roku 1972, kdy byla ukončena, jak pro ekonomické důvody a zastaralost technologie, tak i pro vedlejší ekologické dopady. A to je v pořadí třetí výročí - 40 let od ukončení výroby syntetického benzínu z hnědého uhlí v Záluží. Ještě v roce 1970 bylo nízkoteplotní karbonizací zpracováno 2 981 tis. tun hnědého uhlí. (Smrčka, Z. O uhlí k ropě, Historie a současnost rafinérie v Litvínově. Česká rafinérská, a.s. Most 2011. s. 161Malkovský M. a kol. Geologie severočeské hnědouhelné pánve a jejího okolí, Ústřední ústav geologický v Academia, Praha 1985, 1. vydání, s. 424)

Myšlenka výroby syntetického benzínu (a dalších produktů) z hnědého uhlí nebyla nikdy zcela opuštěna. Problém byl v ekonomice výroby ve srovnání s náklady na výrobu z ropy a vývoj čistých technologií, mj. spojených s vedlejšími produkty, zvláště fenoly a fenolovými odpadními vodami, které výrobu prodražují. Jsou známy a ověřeny modernější metody, než je klasický Bergiusův postup (např. Fischer-Tropschův proces). V současnosti se snaha o obnovení chemického využívání hnědého uhlí dostává znovu do popředí zájmu, mj. v souvislosti s rostoucími cenami ropy i zemního plynu. Také v rámci struktur EU se uvažuje o podpoře moderních metod zplynování a zkapalňování uhlí (Energy Roadmap 2050).

Zásoby vhodné suroviny

Druhým problémem je dostatek volných zásob vhodné vstupní kvality hnědého uhlí, zaručujícího návratnost investice, vedle uspokojení poptávky pro energetické účely. I v této oblasti přežívá řada předsudků a nedorozumění, nejen mezi laickou veřejností.
Hnědé uhlí, jehož nejvýznamnější zásoby ČR se nacházejí v Mostecké pánvi, která je všeobecně více známa jako Severočeská hnědouhelná pánev (SHP), je s pozvolna narůstající intenzitou dobýváno minimálně již od 15. století. Ještě v 90. letech 19. století nepřesahovaly souhrnné roční těžby 5 mil. tun, třebaže počty převážně hlubinných dolů dosahovaly několika stovek. Malolomová těžba se začala prosazovat teprve koncem 19. století, ale přesto ještě v roce 1945 byl poměr hlubinné a povrchové těžby téměř vyrovnaný a významněji začal klesat podíl hlubinné těžby teprve v průběhu 60. let minulého stol. Poslední hlubinný důl Kohinoor (Centrum) je dosud v provozu.

Znamená to, že rozsáhlé části ložiskového území byly v minulosti těženy hlubinně s rozdílnou výrubností, v závislosti na těžební metodě a technickým možnostem v čase. Klasické metody, z nichž některé byly používané s různými úpravami až do 80. let minulého století (např. komorování na zával), dosahovaly výrubnost mezi 25 až 30 %, tj. že až 75 % objemu uhelné substance zůstalo v podzemí. Protože bezpečná hlubinná těžba je závislá na schopnosti řídit napětí v horském masivu, zavalují se vytěžené dutiny a zbývající uhlí je podrceno a promíseno se svrchními částmi slojí a nadložními neuhelnými jíly a jílovci. Vzniklá směs, bez ohledu na původní kvalitu sloje a úpravnické zpracování, je použitelná pro energetické účely, ale nikoli pro chemické nebo jiné shora naznačené sofistikované zpracování, závislé na vysoké kvalitě uhlí a stálosti technologických parametrů.

Toto konstatování se týká prakticky veškerých zásob centrální části pánve na Mostecku a zčásti na Chomutovsku, Teplicku i Ústecku. Tedy i hystericky medializované oblasti Černic a Horního Jiřetína. Přesto mezi důlními poli historických hlubinných dobývek existují plochy nepostižené „panenské" sloje, tvořící nesouvislou mozaiku sloje v původním stavu, samostatně nedobyvatelné. Jejich využití je možné pouze metodami selektivního dobývání v postupech povrchové velkolomové těžby, za předpokladu, že jsou dostatečně identifikovány prostorové výskyty kvalitativně vhodné uhelné substance. Třebaže obě společnosti těžící v současné době hnědé uhlí na ložiskovém území Mostecké pánve (SD, a.s. Czech Coal Group) vykazují v souhrnu pouze 750 mil. tun volných a vytěžitelných zásob (je na ně vydáno povolení báňského úřadu), v kategoriích bilanční netěžené, bilanční vázané, podmíněně bilanční netěžené a/nebo vázané a nebilanční netěžené a/nebo vázané, je v pánvi ještě přes 4 miliardy tun zásob, jejichž využití je záležitostí společenské dohody a vývoje těžebních a zpracovatelských technologií.

Jakost uhelné substance

Vhodnost uhelné substance pro chemické zpracování (zkapalňování nebo zplynování), ale třeba i pro briketování, je posuzována na základě podílu a složení hořlaviny v uhlí a produktů nízkoteplotní karbonizace, tj. dehtu, polokoksu, karbonizační vody a plynných složek. Sledování a prognózování obsahu dehtu má relativně dlouhou historii. Z obecně známých praktických důvodů se jeho největší boom datuje na období II. světové války. Analýzy byly prováděny na vzorcích získaných z předků při ražbě otvírkových hlubinných děl. Vesměs se nedochovaly a ani již nejsou použitelné pro tento účel.

V poválečném období byl dehet sledován minimálně zhruba do druhé poloviny 60. let, kdy končila chemická výroba uhelných produktů (dehtu, polokoksu, fenolu) a surovina byla postupně nahrazována ropou a ropnými produkty. Z úsporných důvodů počet rozborů TsKdaf neustále klesal, postupně se omezovalo zadávání rozborů ze segmentů profilu a rozbory se prováděly pouze ze sesypových vzorků, dále se v průběhu 60. let jako kritérium pro zadání rozboru omezovala hranice obsahu popela v sesypovém vzorku na 45 % Ad, posléze na 35 % Ad. V průběhu 70. a 80. let se hranice dále snižovala na 20 % a konečně na 15 % Ad. Sesypové vzorky jsou k přesnějšímu modelování a prognózovnání opět téměř nepoužitelné. Macůrek, V., J. Valeš, J. Kusý, L. Anděl a M. Šafířová. Výskyt a rozložení dehtů v hnědém uhlí severočeské hnědouhelné pánve, Zpravodaj HNĚDÉ UHLÍ 2/2010, s. 15-23, ISSN 1213-1660.

Teprve analýzy segmentových vzorků ložiskových vrtů provedené na konci 80. let na několika lokalitách a jejich doplnění na konci 90. let umožnily znovu prověřit možnosti korelace analýz produktů a ostatních složek uhlí. Byla ověřena věrohodná metoda odhadu produkce dehtu na základě údajů vrtného průzkumu, jejich aplikace v regresním matematickém modelu. To umožňuje identifikovat potenciální výtěžky nízkoteplotní karbonizace a lokalizovat vhodnou surovinu a její množství v prostoru. Výstupy matematického zpracování lze snadno exportovat do grafických GIS systémů a vizualizovat ve vhodné grafické reprezentaci 2D nebo 3D.

Pro zpracování ilustračních výstupů byl použit báňský a geologický systém Carlson, kdy byl výsledný blokový model interpretován do formy izobát reprezentujících obsah predikovaného dehtu v jednotlivých výškových horizontech na vybrané lokalitě Mostecké pánve.

Závěr

V současné době neexistuje žádné aplikovatelné kriteriální rozdělení mosteckého hnědého uhlí podle obsahů dehtu, protože Mostecká uhelná společnost a.s., ani žádný další český producent hnědého uhlí nemá technologii ani na úrovni poloprovozu, která by používala hnědé uhlí jako surovinu pro výrobu a využití dehtu, nelze proto zatím jednoznačně stanovit okrajové kvalitativní podmínky, definující vhodnost či nevhodnost suroviny.
Vynikající práce Kusý J. a M. Šafářová: Vliv typu hnědého uhlí na výtěžky nízkotepelné karbonizace, VÚHU Most, a.s., prosinec 2001, ISSN 1213-1660, představuje první kroky tímto směrem, avšak k definování požadavků na optimální vlastnosti suroviny, navazujících návrhů technologie na základě ekonomických rozborů a studií odbytových možnosti, zbývá ještě velmi mnoho práce.
Souhrnné definování obsahů dehtu a jeho rozložení v uhelných slojích SHP, představuje pohled do problematiky z jiného úhlu. Kvantifikace dehtu v surovině v první řadě potvrzuje, že lze uhelné zásoby posuzovat z hlediska potenciálního obsahu dehtu a že je možné vytvořit validní podklady pro úvahy o ekonomickém využití suroviny v jiných dimenzích než je běžný náhled na využití hnědého uhlí jako paliva.

Literatura

• Kružík, F.
  Vyhodnocení zdrojů ČSA z hlediska potenciální emise SO2 a obsahu.dehtu v plánovaném postupu do r. 2005, COAL CONSULTING - VÚHU, a.s., Most, 2002
• Kusý J. a M. Šafářová
  Vliv typu hnědého uhlí na výtěžky nízkotepelné karbonizace, VÚHU Most, a.s., prosinec 2001, ISSN 1213-1660
• Macůrek, V., J. Valeš, J. Kusý, L. Anděl a M. Šafářová
  Výskyt a rozložení dehtů v hnědém uhlí severočeské hnědouhelné pánve, Zpravodaj HNĚDÉ UHLÍ 2/2010, s. 15-23, ISSN 1213-1660.
• Malkovský M. a kol.
  Geologie severočeské hnědouhelné pánve a jejího okolí, Ústřední ústav geologický v Academia, Praha 1985, 1. vydání, s. 424
• Smrčka, Z.
  Od uhlí k ropě, Historie a současnost rafinérie v Litvínově. Česká rafinérská, a.s. Most 2011. s. 161
• Soukup B.
  Hodnocení nerostných ložisek a geologického průzkumu, Knihovna ÚUG svazek 62, Ústřední ústav geologický a Academia, Praha, 1988
• Svoboda J., Fišera E.
  Příspěvek ke klasifikaci: O racionálním hodnocení hnědouhelných paliv, Technicko ekonomický zpravodaj č. 3-4, SHD OŘ a Dům techniky Most, Most 1965, s. 14-38
• The Nobel Prize in Chemistry 1931 Friedrich Bergius - Biography, Nobelprize.org 16.8.2012