УЛАВЛИВАНИЕ УГЛЕРОДА НА ЧИТИНСКОЙ ТЭЦ-1

УЛАВЛИВАНИЕ УГЛЕРОДА НА ЧИТИНСКОЙ ТЭЦ-1

Авторы публикации

Рубрика

Энергетика

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 8 (158), Март ‘24

Дата публикации 03.03.2024

Поделиться

В последние годы глобальное потепление стало серьезной проблемой из-за непрерывного роста выбросов парниковых газов из различных источников. Было подсчитано, что к 2100 году средняя глобальная температура повысится на 1,4 -5,8 °C. Парниковый эффект вызывают диоксид углерода (CO2), хлорфторуглероды (ХФУ), метан (CH4) и закись азота (N2O). Вклад каждого газа в парниковый эффект составляет CO2 - 55%, ХФУ - 24%, CH4 - 15% и N2O - 6%. Диоксид углерода (CO), основной парниковый газ, который в основном считается причиной глобального потепления, занимает большой объем от общего объема выбросов. В этом исследовании из трех этапов (улавливание, транспортировка, хранение) технологии CCS будет рассмотрено только сокращение / улавливание CO2 из дымовых газов на Читинской ТЭЦ-1.

Различные промышленные процессы, такие как электростанции, нефтеперерабатывающие заводы, заводы по производству удобрений, цементные и сталелитейные заводы, являются основными источниками выбросов CO2. Ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть и природный газ, являются основными источниками энергии для производства электроэнергии и будут продолжать генерировать электроэнергию из-за больших запасов и доступности. Ожидается, что использование угля в производстве электроэнергии продолжит расти и в этом столетии. Демирбас сообщил, что около 98% выбросов CO2 являются результатом сжигания ископаемого топлива, а 30-40% мировых выбросов CO2 образуются при сжигании угля среди всех видов ископаемого топлива. [4, c. 129]

Читинской ТЭЦ-1, работающая на угле, вырабатывает большую часть электроэнергии и самый высокий уровень CO2 на киловатт-час.

Для предотвращения серьезных изменений климата концентрацию CO2 в атмосфере следует снижать либо путем биологического поглощения CO2 из атмосферы, либо путем сокращения выбросов CO2 из источников. Существует несколько подходов к сокращению выбросов CO2 из стационарных источников, таких как сокращение потребления энергии, вырабатываемой с использованием ископаемого топлива, увеличение выработки энергии за счет неископаемых источников топлива, таких как солнечная энергия, ветер, биомасса и ядерная энергия, а также использование технологии улавливания и хранения углерода (CCS) для крупномасштабного производства. В CCS-technologies CO2 отделяется от дымовых газов из любого источника и используется в других процессах или хранится в безопасном месте, например, в подземных хранилищах и океанских хранилищах. [3, c. 67]

Идея отделения и хранения CO2 для уменьшения его выбросов в атмосферу была впервые предложена в 1977 году. С тех пор было проведено много исследовательской работы по возможным вариантам смягчения последствий. В настоящее время доступно множество технологий улавливания CO2; некоторые из этих технологий являются коммерчески известными, а некоторые находятся в стадии разработки. В основном существует три пути сокращения выбросов CO2: до или после сжигания, до или до сжигания и сжигание кислородного топлива с CO2. В процессах предварительного сжигания CO2 и другие загрязняющие вещества, такие как NOx и SOx, удаляются путем газификации перед сжиганием. С другой стороны, CO2 удаляется после сжигания в технологии дожигания. При сжигании кислородного топлива во время горения выделяется CO2, образуя поток дымовых газов, содержащий в основном CO2 и H2O. Этот метод прост и включает в себя в основном этапы сжатия и охлаждения и не требует дополнительных растворителей. Эта технология в основном используется в стекольных, алюминиевых и стальных печах для удаления CO2, но в производстве электроэнергии это все еще новая технология, и несколько крупномасштабных пилотных установок запланированы или находятся в стадии реализации.

Улавливание CO2 перед сжиганием на Читинской ТЭЦ-1. Этот процесс удаляет CO2 из любых промышленных источников перед сжиганием топлива, такого как уголь, нефть или газ, для производства энергии. В процессе предварительного сжигания топливо сначала преобразуется в синтез-газ, содержащий водород и монооксид углерода (CO). Этот CO вступает в реакцию с водой и образует CO2, и, наконец, этот CO2 отделяется от водорода и сжимается для транспортировки и хранения. Затем оставшийся водород сжигается для получения энергии. С помощью этой технологии можно сократить примерно на 90-95% выбросы CO2. Эта технология в настоящее время используется на нефтеперерабатывающих заводах, но имеет ограниченное применение на электростанциях. Для улавливания CO2 перед сжиганием используются технологии комбинированного цикла интегрированной газификации (IGCC) и сжигания в псевдоожиженном слое (FBC). В настоящее время для производства электроэнергии и сокращения выбросов электростанций используется технология комбинированного цикла комплексной газификации (IGCC).

Углерод улавливается с помощью технологии IGCC перед сжиганием под низким давлением с использованием физического растворителя (например, процессы селексола и ректизола) или химического растворителя (например, метилдиэтанолаймин (MDEA)). [5, c. 568] В этом процессе ископаемое топливо сначала преобразуется в CO2 и газообразный водород (H2). Затем газ H2 и CO2 отделяются друг от друга, и в результате сжигания газа, богатого водородом, вырабатывается электричество. Около 90% CO2 может быть удалено с электростанции путем улавливания CO2 перед сжиганием с использованием технологии IGCC, хотя технология предварительного сжигания в основном применима для новых электростанций и неэкономична для существующих электростанций. Было обнаружено, что в настоящее время по всему миру эксплуатируются четыре коммерческие электростанции IGCC (каждая мощностью 250 МВт). Эффективность электростанций снижена с 38,4% (без улавливания CO2) до 31,2% (с улавливанием CO2) за счет внедрения технологии IGCC для сокращения выбросов

Улавливание CO2 после сжигания на электростанциях происходит после сгорания воздуха и топлива для выработки электроэнергии и непосредственно перед поступлением образующихся выхлопных газов в дымовую трубу. Преимущество технологии улавливания CO2 после сжигания заключается в том, что ее можно дооснастить существующие электростанции без существенных модификаций; требуется установить только необходимое улавливающее оборудование. [2, c. 16]

На сегодняшний день наиболее доступной и проверенной технологией улавливания для промышленного применения является процесс химической абсорбции с использованием аминов (моноэтаноламин (МЭА)). В этом процессе выхлопные газы, содержащие CO2, проходят через абсорбер, где CO2 связывается с раствором МЭС, а затем обогащенный 2 МЭС, обогащенный CO, перекачивается в стриппер для регенерации растворителя и отделения CO2 от МЭС. В процессах химической абсорбции образуется химическая связь между газообразным CO2 и щелочными растворителями, и благодаря образованию этой связи процессы химической абсорбции протекают кинетически быстрее. Многие коммерческие электростанции по производству электроэнергии используют процесс химической абсорбции для извлечения CO2. Когда парциальное давление CO2 составляет менее 3,5 бар, предпочтительным является химический процесс абсорбции. Дымовые газы, содержащие CO2, охлаждаются перед поступлением в абсорбер, который поддерживает температурный диапазон 40-60o C. В абсорбере дымовые газы контактируют с поглощающим растворителем и связываются с абсорбером. Затем обедненный дымовой газ выходит из верхней части абсорбера и насыщается богатым растворителем CO2 выходит из нижней части абсорбера и перекачивается в регенератор для извлечения растворителя через теплообменник. В секции регенерации богатый растворитель нагревается для выделения CO2 из верхней части регенератора и, наконец, CO2 сжимается для хранения. В абсорбере повторно используется обедненный растворитель, не содержащий CO2.

Процесс физического поглощения осуществляется путем слабого связывания CO2 и растворителя при высоком давлении. Физическое поглощение в основном рассматривается при высоких концентрациях CO2 (выше 15%) и высоких парциальных давлениях. Процесс физического поглощения все еще находится на начальной стадии разработки. Для регенерации растворителя в процессе физического поглощения требуется меньше энергии по сравнению с химическим поглощением. [1, c. 2375]

В заключение хотелось бы отметить, что снижение затрат и энергопотребления, связанных с технологией карбонизации, может быть достигнуто за счет интеграции экзотермической энергии, получаемой в результате реакции карбонизации, энергии, извлекаемой из продукта реакции карбонизации, для самоподдерживающейся системы и использования газированного продукта и побочных продуктов. Еще одной перспективой этой технологии является использование промышленных отходов в качестве исходного сырья для удешевления этого процесса. Любые другие технологии CCS не имеют таких многообещающих перспектив. Доступны исследования по ускорению процессов карбонизации, связанные с кинетикой реакции, но имеется очень ограниченная информация, касающаяся интеграции процессов карбонизации в электростанции и производительности электростанций, связанных с этим процессом. Для интеграции процессов карбонизации на электростанциях, работающих на угле, необходимо провести исследования для оценки эффективности этих процессов, чтобы внедрить эту технологию по доступной цене с уменьшением затрат энергии на электростанции. Результаты исследования могут способствовать экономии технологической энергии, следовательно, снижению затрат на переработку и увеличению прироста капитала на Читинской ТЭЦ-1.

Список литературы

  1. Demirbas, M. Fatih and Mustafa Balat. «Последние достижения в области тенденций производства и использования биотоплива: глобальная перспектива». Преобразование энергии и управление 47 (2006): 2371-2381
  2. Куликова Марина Петровна, & Чульдум Кежик Кан-Оолович (2019). Обоснование компоновки исследовательской установки для улавливания летучих загрязняющих веществ при сжигании углей. Вестник Тувинского государственного университета. Естественные и сельскохозяйственные науки, (2 (41)), 14-20
  3. Рогалев, Н. Д. Тепловые электрические станции: учебник / Н. Д. Рогалев, А. А. Дудолин, Е. Н. Олейникова. - Москва: НИУ МЭИ, 2022. - 768 с.
  4. Скобелев Д.О., Череповицына А.А., Гусева Т.В. Технологии секвестрации углекислого газа: роль в достижении углеродной нейтральности и подходы к оценке затрат // Записки Горного института. 2023. Т. 259. С. 125-140
  5. Филимонова А.А., Чичиров А.А., Чичирова Н.Д., Камалиева Р.Ф. Интеграция высокотемпературного топливного элемента с системой улавливания СО2 в энергетический цикл тепловой электрической станции. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2022;65(6):562-571
Справка о публикации и препринт статьи
предоставляется сразу после оплаты
Прием материалов
c по
Осталось 5 дней до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary