УЛАВЛИВАНИЕ УГЛЕРОДА 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.