Технологии улавливания и хранения углекислого газа при конверсии, использовании топлива и газообразных отходов энергопроизводства

Abstract

Актуальность. Сохраняющаяся зависимость от сжигания углеродсодержащего топлива для энергетики и промышленности приводит к необходимости разработки различных категорий технологий сокращения выбросов углекислого газа. Цель. Разработка технологий улавливания, хранения углерода для всех этапов превращения и переработки топлива, обеспечивающих низкоуглеродный цикл производства электрической и тепловой энергии, а также промышленных и социальных объектов. Методы. Химическая, физическая адсорбция и абсорбция. Результаты и выводы. Для крупных производителей промышленности и энергетики, для малых потребителей энергии нужно руководствоваться принципами экологичности и экономичности при осуществлении производственного процесса, а для повышения процента удаления углекислого газа осуществлять технологии декарбонизации на всех этапах процесса производства электро- и тепловой энергии. Для категории удаления СО2 на стадии предварительной конверсии топлива разработаны и апробированы композиции адсорбентов с использованием преимущественно экологичных и недорогих природных материалов на основе бентонита. Улавливающая способность разработанных адсорбентов составляет 85-98 %. Для категории удаления СО2 на стадии использования топлива представлена гибридная энергосистема, включающая микрогазовую турбину с рекуперацией тепла, высокотемпературный топливный элемент и другие аппараты и связывающие их материальные потоки. Опытно-промышленный образец гибридной энергосистемы мощностью 30 кВт будет производить тепловую, электроэнергию, пар, горячую воду. В таком варианте гибридная система может работать как автономный источник энергии для небольших социальных и коммерческих объектов, представляя пилотный этап инженерно-конструкторского воплощения результатов гибридной системы промышленного уровня. Для категории удаления углекислого газа на стадии выделения СО2 из смеси дымовых газов после конверсии топлива был предложен блок удаления СО2 из дымовых газов абсорбционным методом. Лучшей абсорбционной способностью обладают растворы 15 % моноэтаноламина, 15 % раствор аммиака, 6 % раствор гидроксида натрия. Предлагается оснастить гибридную энергосистему блоком улавливания CO2 для полной декарбонизации газовых выбросов на основе технологии замкнутого цикла. Предлагаемая технология улавливания и хранения углекислого газа на стадии постконверсии топлива характеризуется простотой воплощения и экономической доступностью

Relevance. The continued dependence on the combustion of carbon-based fuels for energy and industry leads to the need to develop various categories of technologies to reduce carbon dioxide emissions. Aim. Development of carbon capture and storage technologies for all stages of fuel conversion and processing, ensuring a low-carbon cycle for the production of electrical and thermal energy, as well as industrial and social facilities. Methods. Chemical, physical adsorption and absorption. Results and conclusions. For large industrial and energy producers, for small energy consumers, it is necessary to be guided by the principles of environmental friendliness and efficiency when implementing the production process, and to increase the percentage of carbon dioxide removal, implement decarbonization technologies at all stages of producing electricity and thermal energy. For the category of CO2 removal at the stage of preliminary fuel conversion, adsorbent compositions using predominantly environmentally friendly and inexpensive natural materials based on bentonite have been developed and tested. The collection capacity of the developed adsorbents is 85-98%. For the category of CO2 removal at the stage of fuel use, a hybrid energy system is presented, including a microgas turbine with heat recovery, a high-temperature fuel cell and other devices and material flows connecting them. A pilot industrial prototype of a 30 kW hybrid energy system will produce heat, electricity, steam, and hot water. In this embodiment, the hybrid system can work as an autonomous energy source for small social and commercial facilities, representing a pilot stage of the engineering and design implementation of the results of an industrial-level hybrid system. For the category of carbon dioxide removal at the stage of CO2 separation from the flue gas mixture after fuel conversion, a block for removing CO2 from flue gases using the absorption method was proposed. Solutions of 15% monoethanolamine, 15% ammonia solution, and 6% sodium hydroxide solution showed the best absorption capacity. It is proposed to equip the hybrid energy system with a CO2 capture unit for complete decarbonization of gas emissions based on closed-cycle technology. The proposed technology for capturing and storing carbon dioxide at the postfuel conversion stage is characterized by ease of implementation and economic accessibility