Повышение эффективности систем улавливания диоксида углерода из дымовых газов котельных установок

• Автор: Приходько, Степан Владимирович
• Шифр специальности: 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

С ОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ УЛАВЛИВАНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА 1Л. Источники и последствия антропогенных выбросов диоксида углерода в атмосферу
1.2. Технологические схемы процессов улавливания диоксида углерода
1.3. Технологии и методы улавливания диоксида углерода
1.4. Постановка задач исследования по снижению выбросов С02 в окружающую среду от ТЭС
Глава 2. АБСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ УЛАВЛИВАНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
2.1. Аминовое растворение
2.2. Растворение в аммиаке
2.3. Ионные жидкости
Глава 3. АДСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ УЛАВЛИВАНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
3.1. Кальциево-карбонатный цикл
3.2. Карбонаты щелочных металлов
3.3. Твердые аминосодержащие сорбенты
Глава 4. МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ
4.1. Мембранные технологии
4.2. Цеолиты и активированный уголь
4.3. Металлоорганические каркасные структуры
4.4. Ферментное разделение
Глава 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
СИСТЕМ ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
5.1. Общие принципы технико-экономического анализа
5.2. Стоимостные показатели промышленно освоенных систем улавливания диоксида углерода
5.3. Перспективные направления разработки и внедрения систем для снижения концентрации диоксида углерода в атмосфере
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Антропогенная эмиссия парниковых газов заметно влияет на процессы, происходящие в биосфере. Углекислый газ, основной составляющий компонент парниковых газов, образуется в результате сжигания ископаемых топлив. Увеличение концентрации С02 в земной атмосфере и рост вследствие парникового эффекта средней температуры привели к весьма серьезной проблеме глобального изменения климата планеты. Поэтому возникла неотложная необходимость создания систем, обеспечивающих значительное сокращение текущего уровня эмиссии С02 и его стабилизацию в атмосфере Земли.
Такие меры, как повышение энергетической эффективности и использование альтернативных источников энергии, могут в какой-то мере обеспечить снижение эмиссии С02. Однако учитывая, что почти 80% мировых потребностей в электроэнергии удовлетворяется за счет использования ископаемых видов топлива, нельзя ожидать в ближайшем будущем отказа от применения таких видов топлива без нанесения значительного ущерба мировой экономике, В то же время эмиссию углекислого газа, обусловленную применением ископаемых видов топлива, нужно уменьшать путем его улавливания и геологического захоронения.
Глобальные усилия по ограничению выбросов от угольных ТЭС, являющихся самыми крупными источниками парниковых газов в атмосфере, направлены на применение технологий улавливания и хранения С02 на действующих ТЭС и прекращение строительства новых ТЭС без таких систем улавливания С02. Международное энергетическое агентство предлагает к 2050 году уменьшить мировые выбросы С02 от всех энергетических объектов до половины уровня 2007 года (29 Гт С02 в год) для стабилизации процесса глобального потепления.
Главной проблемой процесса улавливания является низкая концентрация С02 (6-15 об.%) в дымовых газах угольной ТЭС. Это означает, что должен быть обработан достаточно большой объем газа и должны использовать-

ся сильные химические растворители или адсорбенты для С02 с низким парциальным давлением.
Хотя большинство технологий улавливания С02 все еще находится на стадии НИОКР, технология очистки дымовых газов от С02 с использованием аминов достигла промышленных масштабов и доминирует над всеми технологиями. Однако из-за высоких энергетических затрат и больших размеров аминовых емкостей необходимы реальные технологические усовершенствования для снижения стоимости установок в соответствии с требованиям программы МЭА (Международного энергетического агентства): улавливание до 90% от всего количества С02 при увеличении стоимости электричества менее, чем на 20%.
Такое положение вызывает необходимость неотложной разработки новых инновационных методов разделения и улавливания диоксида углерода, так как существующие методы имеют низкую эффективность и большие энергетические затраты.
Учитывая озабоченность мировой общественности непрерывным ростом уровня углекислого газа в атмосфере, в 1989 году главы семи крупных мировых держав на своей ежегодной встрече признали необходимость принятия всемирной конвенции по глобальным климатическим изменениям. В 1992 году в Рио-де-Жанейро на конференции по окружающей среде и развитию была подписана Рамочная Конвенция ООН об изменении климата (РКИК ООН). Конференция признала наличие климатических проблем и необходимость борьбы с ними. Конвенция вступила в силу 21 марта 1994 года и была ратифицирована более чем в 150 странах мира.
Основная цель РКИК заключалась в достижении стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему.
Рамочная Конвенция ООН об изменении климата определила лишь общие контуры существующей проблемы. Однако условия реализации

сорберов способность разделять один газ от другого зависит только от их относительной растворимости (отношения постоянных Генри) в жидкости. ИЖ особенно привлекательны для создания жидких мембран на подложках, поскольку они обычно очень устойчивы. В то время как мембраны на подложках, содержащие обычные жидкости, будут со временем разрушаться из-за постепенного испарения жидкости.
Для улавливания С02 можно использовать разные типы ионных жидкостей, а именно:
— низкотемпературные ИЖ,
— полимерные ионные жидкости,
— комбинированные ИЖ.
Низкотемпературные ионные жидкости — это органические соединения, которые плавятся при температуре, близкой к комнатной. Такие ИЖ обычно содержат объемные низкосимметричные органические катионы с де-локализованным зарядом. Это и обусловливает низкую температуру плавления (см. рис. 2.3). Анионы, входящие в состав низкотемпературных ионных жидкостей, более симметричны и обычно по размеру меньше, чем катионы. К числу таких анионов относятся: гексафторфосфат (РГ6 ), тетрафторборат (ВБ4 ), бис(трифторметилсульфонил)имид (Tf2N ) и др.
Низкотемпературные ИЖ обычно негорючи, обладают высокой термической устойчивостью и сохраняют жидкое состояние в широком интервале температур. Кроме этого, такие ИЖ имеют пренебрежимо малое давление пара, и поэтому их следует рассматривать как растворители, соответствующие экологическим критериям, которые в ряде реакций и процессов разделения газов могут заменить обычные летучие органические растворители. Свойства ИЖ, как температура плавления, вязкость, плотность, растворимость в них различных газов и жидкостей, можно варьировать, путем подбора соответствующих катионов и анионов. Если ввести в ИЖ соответствующие функциональные группы, то можно получить соединения, которые бу-