Улавливание и разделение углекислого газа на угольных электростанциях

CO₂ с некоторыми примесями H₂S и Hg перед сжиганием будет отделяться (с извлечением около 85% CO₂), и в качестве топлива для выработки электроэнергии будет использоваться только водород (или его можно использовать для других целей), в то время как концентрированный углекислый газ под давлением станет легко утилизировать

Существует ряд технологий улавливания диоксида углерода из газовых потоков, однако они до сих пор недостаточно адаптированы для крупномасштабного применения, требуемого на угольных электростанциях. В прошлом основное внимание уделялось получению чистого CO₂ для промышленных целей, а не снижению его уровня в сопутствующих выбросах при производстве электроэнергии.

Возможность отделения углекислого газа от метана, смесь которых поступает из скважин по добыче природного газа, известна. Однако развитие технологий улавливания и хранения углерода (сокращенно УХУ) при сжигании угля в последние несколько лет замедлилось.

В середине 2010 года Международное энергетическое агентство (МЭА) опубликовало отчет, в котором говорилось, что УХУ является сложной задачей, и перечислило 26 миллиардов долларов на развитие этого направления.

В августе 2019 года Глобальный институт по улавливанию и хранению углерода (Global CCS Institute) сообщил, что в настоящее время находятся в эксплуатации 17 крупномасштабных мировых проектов УХУ, но только два из них относятся к угольной энергетике. Остальные относятся к промышленным выбросам от установок по переработке природного газа, химическому производству, производству этанола и стали, а также удобрений и водорода. Эти проекты институт отмечает в своей базе [1].

Общее количество CO₂, которое удалось уловить с помощью 22 реализованных проектов, перечисленных Глобальным институтом тремя годами ранее, составило около 40 Мт/год. Еще шесть крупномасштабных проектов УХУ тогда находились на наиболее продвинутой («определяющей») стадии разработки, позволяющей уловить дополнительно около 6 Мт углекислого газа в год. Еще 12 крупномасштабных проектов УХУ находились на ранних стадиях («определение» и «оценка») планирования с общим потенциалом улавливания CO₂, составляющим 25 Мт/год.

Улавливание углекислого газа из дымовых газов после сжигания угля

Улавливание диоксида углерода из потоков дымовых газов после сжигания угля в воздушной среде - это сложный и дорогостоящий процесс, так как его концентрация составляет в лучшем случае всего около 14%, остальное - это азот, и кроме этого, дымовой газ имеет высокую температуру.

Когда дымовые газы проходят через раствор амина, CO₂ абсорбируется - это основа процесса улавливания углекислого газа. Позже его можно высвободить, нагревая раствор. Аминовая очистка также используется для удаления CO₂ из природного газа. Этот процесс требует значительных затрат энергии. Для новых электростанций это значение указывается как 20-25% от мощности энергетической установки. Никакие промышленные электростанции эту технологию пока не используют.

Кислородное горение угля

Если уголь сжигается в кислороде, а не в воздухе, это означает, что дымовой газ состоит в основном из CO₂ и, следовательно, его легче улавливать с помощью аминовой очистки - это примерно вдвое дешевле, чем улавливание на обычных установках.

Установка с комбинированным циклом интегрированной газификации (КЦИГ) - это метод производства водорода и монооксида углерода (CO) из угля с помощью пара. Полученные вещества в дальнейшем сжигаются для производства электроэнергии в газовой турбине с использованием вторичной паровой турбины (то есть в комбинированном цикле). Если в газогенератор с КЦИГ подавать кислород, а не воздух, дымовой газ будет содержать высококонцентрированный CO₂, который можно легко уловить.

Удержание углекислого газа перед сжиганием угля

При дальнейшем развитии процесса КЦИГ добавится реактор сдвига для окисления CO водой, так что поток газа будет состоять в основном из водорода и диоксида углерода с некоторым количеством азота.

CO₂ с некоторыми примесями H₂S и Hg перед сжиганием будет отделяться (с извлечением около 85% CO₂), и в качестве топлива для выработки электроэнергии будет использоваться только водород (или его можно использовать для других целей), в то время как концентрированный углекислый газ под давлением станет легко утилизировать.

H₂S окисляется до воды и серы, которая является товарной. Пока никакие коммерческие электростанции эту технологию не используют. В настоящее время установки КЦИГ обычно имеют тепловой КПД 45%.

Кислородная технология может быть использована для модернизации существующих пылеугольных электростанций, которые остаются основой производства электроэнергии во многих странах.

Ссылки:

1. https://co2re.co/FacilityData

Источник: World Nuclear Association