150 likes | 315 Views
СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ. ЛЕКЦИЯ 11. Процессы связывания диоксида углерода. carbon sequestration В настоящее время в центре внимания общественности находятся эмиссии в атмосферу и нежелательные изменения климата. В 1997 г. представители 178 стран подписали Киотский протокол (Kyoto Protocol).
E N D
СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕКЦИЯ 11.
Процессы связывания диоксида углерода • carbon sequestration • В настоящее время в центре внимания общественности находятся эмиссии в атмосферу и нежелательные изменения климата. • В 1997 г. представители 178 стран подписали Киотский протокол (Kyoto Protocol). • Было решено определить национальные стандарты для каждой страны по снижению загрязнения атмосферы в зависимости от технического уровня этой страны. • Загрязнители, подлежащие контролю и мониторингу, в основном парниковые газы (greenhouse gases, GHGs): • двуокись углерода (СО2) • метан (СН4) • закись азота (N2О) • хлорфторуглеводороды (CFCs) • озон (О3)
CO2 связан как с кислотными дождями, так и с потеплением климата. • Это инициировало разработку разных технологий по его улавливанию и выделению из промышленных процессов. • Существуют по крайней мере пять технологических подходов: • сепарация и связывание • геологическое связывание (sequestration) • связывание литосферой (terrestrial sequestration) • связывание океаном (oceanic sequestration) • новые системы связывания СО2
Самым важной мерой уменьшения выбросов СО2 является снижение доли ископаемого топлива в мировом энергетическом балансе. В настоящее время доля фоссильных топлив составляет ~ 80 % от всемирного энергопотребления (2007 год).
Направления для смягчения отрицательного влияния повышенного содержанияСО2 в атмосфере на климат
В природе протекают разные процессы способствующие удалению СО2 из атмосферы – фиксирование СО2 биомассой и океанами. Однако, антропогенное выделение СО2 грозит вывести ситуацию из равновесия. • Частично происходит интенсификация природных процессов фиксирования СО2 – с повышением температуры биопродукция возрастает, и с увеличением парциального давления СО2 в атмосфере увеличивается ее растворимость и фиксация в Мировом океане. • Но указанное буферное действие лимитировано, появляются отрицательные тенденции – гниение биомассы (выделяется СН4) и снижение растворимости СО2 в воде. • Существует еще один компенсирующий парниковый эффект процесс – из-за пылесодержания в атмосфере не вся радиация от Солнца доходит до поверхности Земли.
Технологии уменьшения содержания СО2 в дымовых газах электростанций 1. Улавливание СО2 после сжигания топлива СО2 выделяется из дымовых газов методами абсорбции (раствором моноэтаноламина) или адсорбции (на цеолитах, активированных углях). Содержание в газе относительно низкое (4 % объем.) в случае горения природного газа и 14 объем. % в случае горения угля. Объемы перерабатываемого дымового газа большие и эксплуатация установок абсорбции/адсорбции дорогая.
Технологии уменьшения содержания СО2 в дымовых газах электростанций 2. Улавливание СО2 до горения топлива Идея заключается в том, что природный газ сперва конвертируется в СО2 и Н2 и перед горением Н2 из него выделяется СО2. Метан реагирует с кислородом или с кислородом и водяным паром. Образуется СО + Н2. Затем проводится каталитическая конверсия СО с водяным паром (Н2О) до СО2 + Н2. СО2 выделяется и Н2 сжигают в газовой турбине. Конверсия СН4 в СО2 и Н2 точно такая же, как при производстве синтез-газа для аммиака.
Технологии уменьшения содержания СО2 в дымовых газах электростанций 3. Сжигание топлива в смеси О2/ СО2 Замена воздуха кислородом при сжигании топлива позволяет существенно повышать концентрацию СО2 в дымовых газах (до 80 %). Так как сжигание топлива в чистом кислороде слишком повышает температуру пламени, то часть СО2 рециркулируется обратно в камеру горения. Этот метод позволяет предотвратить образование NОх, так как воздуха в камере горения нет. С другой стороны, процесс производства чистого кислорода энергоемкий.
Криогенные методы выделения СО2 • СО2 можно отделить от газовой смеси путем охлаждения и конденсации в случаях, когда содержание СО2 высокое (>90%). • Газовую смесь надо охлаждать ниже тройной точки СО2 (-57ºС). • Процесс очень энергоемкий. • Кроме того, перед охлаждением надо выделить воду из газа, чтобы предотвратить замерзание теплообменников. • Преимуществом является получение СО2 в жидком виде.
Мембранные методы сепарации газа • Можно применять мембраны сепарирования и мембраны абсорбции. • Применяя мембраны сепарирования, можно, например, разделить Н2 и СО2. Водород легче диффундирует через мембрану по её другую сторону. • При применении мембраны абсорбции в качестве абсорбента используют растворы соды (Nа2СО3) и поташа (К2СО3).
Новые системы связывания СО2 Химический обмен кислорода • Здесь используют 2 реактора, первый восстановительный, второй окислительный. • В первом реакторе топливо окисляется при помощи оксида металла. Оксид металла восстанавливается. Затем металл транспортируется во второй реактор, где снова окисляется кислородом воздуха • 4МеО + СН4 → 4Ме + 2Н2О + СО2 • Ме + ½О2 →МеО
Новые системы связывания СО2 Биологическая фиксация СО2 планктоном • СО2, образовавшийся при сжигании топлива на ТЭС, используется для культивирования планктона в больших открытых прудах (50-100 км2). • Планктон конвертируется в метан или в биодизель.
Новые системы связывания СО2 Методы складирования СО2 • Надо найти резервуары хранения (склады), которые будут служить по крайней мере 10000 лет. • СО2 транспортируется по трубопроводам под высоким давлением по земле или под водой. Стоимость транспорта ~1-10 EUR/тонну СО2. • Вторая возможность транспорта в жидком виде на кораблях. Стоимость ~2-12 EUR/тонну СО2. • Для складирования можно использовать: • подземные водоносные пласты (aquifers). Глобальная емкость 400-10000 Gt СО2. Стоимость 1-7 на берегу EUR/тонну СО2, 3-13 EUR/тонну СО2 в море. • старые пустые месторождения газа и нефти. Емкость мала (900 Gt СО2 в месторождениях газа и 204 Gt СО2 в месторождениях нефти). Стоимость 2-11 EUR/тонну СО2. • глубины океана. СО2 закачивают в жидком виде в глубинные слои океана или диспергируют там в виде газа. Стоимость 7-14 EUR/тонну СО2.