Сделать производство более эффективным и менее затратным можно за счет технических и технологических решений. О том, как подобные вопросы пытаются решить конкуренты, а также о реализованных и планируемых инновационных проектах РУСАЛа в своем выступлении рассказал директор по техническому развитию Виктор Манн.
Благодарим редакцию газеты "Вестник РУСАЛа" за предоставление данного материала.
Основной задачей развития мировой алюминиевой промышленности сегодня является снижение затрат. Первоочередные усилия большинство компаний направляют на разработку энергоэффективных технологий. Кроме того, в последнее время на рынке дорожает сырье с одновременным ухудшением его качества – это тоже приходится учитывать при разработке стратегий развития.
Еще одна тенденция – смещение интересов производителей в сторону разработки новых продуктов и создания проектов по выпуску продукции с добавленной стоимостью. Причем это касается как алюминия, так и глинозема.
Анализ мирового рынка Виктор Манн начал с Китая, который сегодня является основным технологическим центром, где ведутся масштабные работы над новыми технологиями. Эту деятельность осуществляют пять профильных институтов. И основным направлением их исследований, которые посредством грантов поддерживает государство и в которые вкладывают серьезные инвестиции компании, является снижение затрат и расхода электроэнергии. Мотивация понятна: сегодня в Китае цена на электроэнергию составляет 8-12 центов за кВт/час.
Основные технические решения, которые демонстрируют китайские исследователи: блюмсы с дифференцированным сопротивлением, нижний токоподвод, аноды с щелями, работа на предельных технологических параметрах. Но важнейшим направлением является снижение расхода электроэнергии.
– И если нам удастся уменьшить расход на 5-7% , то, например, в условиях КрАЗа экономия составит до 1 тыс. кВт/час. на тонну алюминия, – заявил Виктор Манн. – А учитывая, что стоимость электроэнергии у нас в среднем растет почти на четверть в год, то можно прогнозировать ее стоимость к 2020 году на уровне не ниже 10 центов за кВт/час. Иначе говоря, снизив к 2020 году на КрАЗе расход электроэнергии на 5-7%, мы получим экономию около 100 млн долларов в год. Есть за что побороться!
Продолжают работать над этими проблемами Rio Tinto и Alouette. Правда, по словам Виктора Манна, основные усилия они направляют на усовершенствование электролизеров. Среди применяемых решений и медные блюмсы, и графитизированные катодные блоки, и увеличенное сечение ошиновки, и модификация теплоизоляции катодного кожуха и конструкции анододержателя. Результаты по расходу электроэнергии там выдающиеся: на опытном участке – 12 750 кВт/час. на тонну при выходе по току 91,3%.
На Dubai Aluminium тоже создан опытный участок, на котором установлены семь электролизеров. Но если внимательно посмотреть на внесенные технические изменения, то окажется, что там переделано буквально все: кожуха, балки и даже частично шина.
– И хоть результаты получены хорошие – 12 670 кВт/час. на тонну алюминия, возникает вопрос: что дальше со всем этим делать? Ведь завод оснащен 520 ваннами устаревшей конструкции, – отметил Виктор Манн.
Согласно прогнозам экспертов, к 2020 году ожидается мировое производство в объеме 70 млн тонн алюминия. Уже сейчас хорошего сырья не хватает, тем более не будет хватать его и в дальнейшем. Значит, в производство все чаще будет идти бедное, некондиционное глиноземсодержащее сырье с большим содержанием серы, ванадия, железа, кремния.
– Можно уверенно спрогнозировать, что нас ожидает с технической точки зрения, – подчеркнул Виктор Манн. – Так, сероочистки станут промышленным стандартом, и к этому надо уже готовиться. Необходимо будет реконструировать участки по подготовке укрывного материала – рост содержания в сырье тяжелых примесей и натрия просто заставит нас это сделать. Потребуются специальные методы удержания укрытия на новых анодах. Скорее всего, придется снижать анод по высоте, чтобы он не выгорал сверху. Также будем ужесточать требования к сырцу, поскольку железо в сырье для литейного производства мы должны будем исключать.
В глиноземном производстве, по словам Виктора Манна, будет продолжено снижение основных «расходников» – тепла и каустика. Необходимо либо строить новые печи кальцинации, либо модернизировать существующие. Цель – получить на новых печах производительность до 4,5 тыс. тонн в сутки при расходе топлива 2,72 ГДж/т, а на модернизированных – снизить расход топлива на 30%.
В цикле Байера внедряются новые подходы к эксплуатации и обслуживанию оборудования. Такие как использование тепловых насосов и повышение корпусности на выпарке, переход на однопоточное выщелачивание, которое уже применяется при использовании моногидратных бокситов за счет внедрения эффективных батарей ВТТВ. По такой технологии работает запущенный в июле 2012 года завод Yarwun, принадлежащий Rio Tinto Alcan: здесь удалось добиться расхода тепла порядка 8 ГДж на тонну глинозема. Также технология ВТТВ будет использоваться на заводе Ras Al Zour в Саудовской Аравии, пуск которого назначен на 2014 год. Запланированный там расход тепла – 8 ГДж/т, но это предприятие ориентировано на переработку низкосортных бокситов. Для сравнения, наши лучшие глиноземные заводы, Aughinish и НГЗ, расходуют в среднем 10-11 ГДж на тонну глинозема.
Виктор Манн считает, что РУСАЛу также больше внимания придется уделять сырью, поскольку источники хороших бокситов ограничены. Поэтому в больших объемах, чем прежде, в переработку будут поступать высококремнистые бокситы. Для работы с ними производители используют различные технологии. Так, Chalco использует флотационное обогащение бокситов от глинистой фракции, выщелачивание с высокой дозировкой извести для сокращения расхода щелочи. Кроме того, китайские металлурги перешли на переработку зол с ТЭЦ. Уже запущен первый глиноземный завод на 200 тыс. тонн продукции в год, одновременно начато строительство завода мощностью 1,2 млн тонн по переработке зол ТЭЦ во Внутренней Монголии. Там очень высокое содержание алюминия в золе – свыше 50%.
В Канаде, Австралии и Китае алюминиевые компании приступили к переработке каолиновых глин.
– Мы тоже эту эстафету подхватили, – доложил на конференции Виктор Манн. – У нас подписано соглашение о сотрудничестве в данном направлении с компанией Orbite, которая запустила завод по получению высокочистого глинозема кислотным способом. Преимущества заключаются в низком содержании примесей в получаемой продукции, высокой степени регенерации кислоты (99,99%), при этом расход тепла сопоставим с процессом Байера. Исходная технология там используется примерно на 70%. Думаю, в итоге придем к соглашению с Orbite о совместном участии в этом предприятии. Совместно мы доработали и утвердили все технические решения по заводу, сейчас выполняется базовый инжиниринг, ТЭО.
Практически все крупные компании сейчас ведут активные исследования по переработке и дальнейшему использованию красного шлама. В первую очередь это вызвано давлением со стороны общества, природоохранных организаций, ну и, конечно, возможностью на этом еще и заработать. Неплохие результаты есть уже у Chalco, которая использует технологию выделения железистых песков и 10% образуемого красного шлама одного из своих заводов отправляет в черную металлургию. И его доля будет расти: правительство Китая поставило цель, чтобы к 2015 году 20% красного шлама перерабатывались. В Германии на опытном участке KRSys на основе красного шлама выпускают концентрат железа (до 50% Fe), они уже подписали контракт с одним из металлургических заводов на его переработку.
– Сейчас мы ведем с ними переговоры о возможности совместно инвестировать в этот проект, – сказал Виктор Манн. – Многие компании и институты занимаются выделением редкоземельных металлов из шламов. В частности, Chalco получает оксид скандия с чистотой свыше 99%, Nippon Light Metals на опытном участке выделяет РЗМ из ямайских шламов. Мы также работаем в этом направлении. Кроме того, есть технологии, которые уже находят себе применение, по извлечению щелочи из красных шламов. Ну а повсеместно красные шламы, а также зола ТЭЦ используются в производстве строительных материалов.
Основными направлениями технического развития предприятий РУСАЛа являются повышение энергоэффективности, увеличение выпуска продукции с добавленной стоимостью, снижение себестоимости продукции, решение экологических вопросов, создание новых технологий производства алюминия и глинозема.
– Кризис в экономике стал причиной сокращения многих инвестиционных программ, но Компания не останавливается в развитии. Тем более что во времена нестабильности инвестиции в инжиниринговые проекты всегда создавали потенциал для последующего рывка, – убежден Виктор Манн.
Основные инвестиции в прошлом году Компания направляла на реализацию программы повышения энергоэффективности, которая предусматривает управление энергетическим балансом на предельных технологических параметрах. Например, ряд заводов уже переведен на использование увеличенных в размерах анодов с пазами. Это позволило на КрАЗе, БрАЗе и НкАЗе серьезно снизить расход электроэнергии на тонну алюминия – от 100 до 200 кВт/часов. Добиться результата удалось и за счет внесения конструктивных изменений в электролизеры. Так, использование С-8БМЭФ с рельефной подиной дало снижение расхода электроэнергии на 770 кВт*ч/т, а ОА-120Ф с рельефной подиной – на 650 кВт*ч/т. Использование блюмсов с медными вставками на электролизерах РА-400 позволило сэкономить 250 кВт*ч/т.
Различные технические решения по повышению энергоэффективности внедрялись и в глиноземном производстве. К примеру, ввод в эксплуатацию установки индукционного нагрева мазута на барабанных сушилках цеха кальцинированной соды АГК позволил снизить удельный расход мазута на 2,39 кг/т соды. Технические решения для печей кальцинации Windalco Ewarton позволят снизить расход топлива на 9 кг/т. А для УАЗа разработано ТЭО с высокоокупаемыми мероприятиями по снижению потребления, которые позволят сократить расход энергии на 0,16 Гкал/т.
Работа по повышению энергоэффективности продолжается и в 2013 году.
По словам Виктора Манна, отличный результат получен по итогам совместного проекта РУСАЛа и СФУ по выпуску продукции с добавленной стоимостью. Была разработана установка совместного литья-проката-прессования (СЛиПП), преимущества которой в низких капитальных затратах, операционных расходах и энергоемкости. Она позволяет производить катанку с высокой степенью пластичности и отличными электромеханическими свойствами.
Для работы над проектом были привлечены средства – 110 млн рублей – госфинансирования. Сейчас установка находится на стадии наладки, в апреле-мае предполагается промышленный выпуск, производительность повысится до 1,5 тонны в час. На основе этого агрегата в следующем году планируется создать серийный промышленный образец. Новые установки впоследствии поступят на ИркАЗ, БрАЗ и другие предприятия Компании.
Продолжались работы и по созданию новых сплавов. Одна из перспективных разработок – термостойкая катанка Al-Zr с повышением пропускной способности в два раза, которая получила очень высокую оценку заказчиков. Основная сфера ее применения – воздушные линии ЛЭП, а потребность рынка составляет более 140 тыс. тонн в год. Для промышленного производства катанки на основе этого сплава необходимо приобрести печи отжига.
Кроме того, специалисты Компании разработали также новую катанку на основе сплавов с редкоземельными металлами, которая стала прямым конкурентом меди при использовании во внутренних разводках в помещениях на коротких линиях.
– По пластичности этот сплав не уступает меди, – заявил Виктор Манн. – Теперь перед технологами и дирекцией по сбыту РУСАЛа стоит задача оформить на него технические условия (ТУ). За счет вытеснения медных проводов ежегодная потребность рынка в этой катанке составляет свыше 18 тыс. тонн.
Всего за прошлый год на заводах РУСАЛа успешно завершено семь проектов с общим бюджетом 16,7 млн долларов по выпуску продукции с добавленной стоимостью. Всего было проведено 107 квалификаций новой продукции. Результатом стал прирост на 134 тыс. тонн ПДС с дополнительной премией от 150 до 300 долларов на тонну алюминия.
– Причем в ходе реализации проектов зачастую применялись новые технические решения. В частности, на БрАЗе при монтаже на миксеры МГД-перемешивателей операция впервые проводилась без длительной остановки оборудования для охлаждения, – подчеркнул Виктор Манн.
Продолжались работы по внедрению технологии «Экологичный Содерберг». Данные за четвертый квартал 2012 года показывают, что выход по току существенно подрос, в среднем на 2%. Также был проведен зачетный замер по выбросам. По основному ингредиенту – фтору – получены очень хорошие результаты. Теперь задача – достичь предельно допустимых концентраций по выбросу СО. А цель на 2013 год – подтвердить все технико-экономические показатели по этой технологии. Ориентировочно в мае-июне еще раз будет проведен экологический аудит, который проверит все показатели по выбросам.
– Очень хорошие результаты получены по внедрению технологии РА-167, которая приходит на смену Содербергу С2, С3, – с удовлетворением отметил Виктор Манн. – На НкАЗе был запущен опытный участок с четырьмя электролизерами с обожженными анодами, и результат превзошел наши ожидания.
Среди успешных технических решений стоит отметить ввод в эксплуатацию в декабре 2012 года на НкАЗе системы бессточной очистки стоков, которая позволила значительно снизить сбросы в реку Томь, что подтвердили и лабораторные анализы. А также результаты работы опытного участка по переработке красного шлама на УАЗе, где разработана технология производства флюсующей добавки для черной металлургии и теперь завершается строительство опытного участка мощностью 40 тыс. тонн для промышленных испытаний флюсующей добавки. Также разработана технологическая схема (лабораторная стадия) по извлечению редкоземельных металлов, прежде всего оксида скандия.
Дальнейшие проекты технического развития РУСАЛа направлены на снижение себестоимости продукции.
– В частности, мы организовываем большую работу по получению глинозема из сырья Сибирского региона, используя кислотные технологии, в том числе в сотрудничестве с компанией Orbite, – доложил на конференции Виктор Манн. – Наращиваем собственные исследования в области переработки коалиновых руд, которых у нас очень много в Сибири: подтвержденных запасов руды хватит на 50-100 лет добычи. С Orbite согласованы разработанные в лабораторных условиях технические решения РУСАЛа для улучшения показателей технологии, на IP РУСАЛ поданы шесть патентных заявок на новую технологию, которую смогут использовать как Orbite на своем предприятии в Канаде, так и наша Компания.
Однако преимущества разработки коалиновых руд не только в технологии, а и в сокращении затрат на транспортировку сырья. Ведь транспортные тарифы демонстрируют почти такой же рост, как и электроэнергия. При этом транспортные затраты на производство и доставку глинозема, например, в тонне алюминия САЗа составляют больше 300 долларов. Благодаря использованию коалиновых руд эти затраты можно сократить в несколько раз. Поэтому данный проект очень интересен для сибирских заводов, которые заперты в середине континента. Тем более что сибирские руды отличаются хорошим качеством и залегают на небольшой глубине.
Специалисты технической дирекции ведут работы по минимизации риска остаться без связующих компонентов в основном производстве, в частности угольного пека. Его потребление постоянно растет, а производство, наоборот, снижается, и дефицит ощущается уже очень остро.
– Поэтому в прошлом году мы приступили к разработке альтернативного связующего, – рассказал Виктор Манн. – В частности, на КрАЗе произведена опытная партия (140 тонн) анодной массы на основе гибридного пека Koppers. Сейчас эта масса используется в электролизерах и показывает хорошие результаты. В будущем нам необходимо будет локализовать это производство в России, а с целью снижения себестоимости использовать тяжелые остатки нефтепереработки для получения гибридного пека.
В частности, особый интерес вызывают смолы пиролиза, крекинг. Для некоторых предприятий они являются просто отходами, и применения им пока не найдено. В этом вопросе специалисты РУСАЛа работают с Омским и Ново-Уфимским НПЗ, другими предприятиями. В лабораторных условиях уже получен гибридный пек. После исследований он проходит испытания на электролизере.
В прошлом году была проведена серьезная работа по модернизации прокалочных комплексов на КрАЗе и БрАЗе. В целом их годовая производительность увеличилась на 85 тыс. тонн в год (Красноярск – 45 тыс. тонн, Братск – 40 тыс. тонн). Если же сравнить среднюю себестоимость производства прокаленного кокса на БрАЗе (209 долларов на тонну) и на КрАЗе (240 долларов на тонну) с ценой, по которой РУСАЛ покупает его в Китае (509 долларов за тонну), то средняя разница составит 285 долларов. Проект окупится быстро: при затратах на его реализацию в 5,4 млн долларов годовой эффект от внедрения превышает 24 млн долларов.
Комплекс проектов по снижению себестоимости продукции был осуществлен и на глиноземных производствах Компании. Наиболее интересный из них – использование технологии подслащения бокситом Киндии взамен гайанского боксита на НГЗ. Это дало экономию 16,8 доллара на тонну глинозема. За время реализации проекта с октября прошлого года по нынешний февраль по новой технологии произведено 590 тыс. тонн глинозема, а экономический эффект уже составил 10 млн долларов.
На АГК разработана технология шихтовки бурого и каменного углей. УАЗ перешел на использование 100% боксита СТБР в гидрохимии, а также разработал технологию снижения цинка в глиноземе, на что постоянно жалуются алюминиевые предприятия. На БАЗе разработана технология переработки содо-сульфатной смеси, при внедрение которой будет получена товарная продукция с экономическим эффектом свыше 4 млн долларов.
Также продолжается работа с инертным анодом, для осуществления исследований привлечено госфинансирование в сумме 128,6 млн рублей.
– В настоящее время проводятся испытания электролизера на силу тока 2-5 кА, получаем алюминий марки А5, – рассказал Виктор Манн. – У нас нет никаких сомнений по данному проекту, но очень непросто создать конструкцию электролизера для инертного анода. Сейчас мы нарабатываем прототипы. Два из них уже испытаны, а всего в этом году запланировано четыре. К концу года планируем выпустить рабочую документацию на электролизер, а в конце 2014-го намерены приступить к его установке в 26-м корпусе КрАЗа.
Среди остальных планов технического развития РУСАЛа основными являются совершенствование технологии с рельефными подинами и переход на ее более масштабное использование; повсеместное внедрение анода с пазами; выход на промышленное использование СЛиПП; продолжение работ по электролизеру РА-300 с целью снижения энергозатрат примерно до 13 000 кВт*ч/т.
– Глобальная наша цель – примерно на половине мощностей алюминиевых предприятий сократить энергопотребление еще на 100 кВт*ч/т. Эта цель, как мы видим, достижима. И думаю, мы достигнем ее уже к середине года, – уверенно заявил Виктор Манн.
