СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕКЦИЯ 11.

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):
2

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:








3
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).

4
Направления для смягчения отрицательного влияния
повышенного содержания СО2 в атмосфере на климат
5

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.
6
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.
7
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.
8
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.
9
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.
10
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).
11
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
12
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.
13
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.
14