Приходько, Степан Владимирович. Повышение эффективности систем улавливания диоксида углерода из дымовых газов котельных установок

brief description

Приходько, Степан Владимирович. Повышение эффективности систем улавливания диоксида углерода из дымовых газов котельных установок : диссертация ... кандидата технических наук : 03.02.08 / Приходько Степан Владимирович; [Место защиты: Моск. гос. открытый ун-т им. В.С. Черномырдина].- Москва, 2013.- 110 с.: ил. РГБ ОД, 61 13-5/1470

Московский государственный открытый университет
имени В. С. Черномырдина
04201357774
ПРИХОДЬКО
Степан Владимирович
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ УЛАВЛИВАНИЯ ДИОКСИДА
УГЛЕРОДА ИЗ ДЬЕИОВЫХ ГАЗОВ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Специальность: 03.02.08 - Экология (в энергетике)
Диссертация на соискание
ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель
доктор техн. наук Ибрагимов И. М.
Москва 2013
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ УЛАВЛИВАНИЯ
ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА
1Л. Источники и последствия антропогенных выбросов
диоксида углерода в атмосферу 7
1.2. Технологические схемы процессов улавливания диоксида
углерода 12
1.3. Технологии и методы улавливания диоксида углерода 15
1.4. Постановка задач исследования по снижению
выбросов С02 в окружающую среду от ТЭС 21
Глава 2. АБСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ УЛАВЛИВАНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
2.1. Аминовое растворение 23
2.2. Растворение в аммиаке 29
2.3. Ионные жидкости 31
Глава 3. АДСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ УЛАВЛИВАНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
3.1. Кальциево-карбонатный цикл 42
3.2. Карбонаты щелочных металлов 50
3.3. Твердые аминосодержащие сорбенты 53
Глава 4. МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ
4.1. Мембранные технологии 64
4.2. Цеолиты и активированный уголь 69
4.3. Металлоорганические каркасные структуры 74
4.4. Ферментное разделение 79
Глава 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
СИСТЕМ ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
5.1. Общие принципы технико-экономического анализа 86
5.2. Стоимостные показатели промышленно освоенных
систем улавливания диоксида углерода 89
5.3. Перспективные направления разработки и внедрения систем для снижения концентрации диоксида углерода
в атмосфере 95
ВЫВОДЫ 99
ЛИТЕРАТУРА 102

bibliography

ВЫВОДЫ
1. Проведен анализ современного состояния проблемы улавливания диоксида углерода при сжигании органического топлива. Рассмотрены ос¬новные методы поглощения и разделения С02 из дымовых газов котельных установок: абсорбция (химическое растворение), адсорбция, мембранное разделение, а также методы с использованием наноструктурных материалов и ферментов.
2. Из абсорбционных методов улавливания С02 промышленно освоен¬ными технологиями являются аминовое растворение, уже используемое в опытно-промышленных установках, и применение охлажденного раствора аммиака. Однако эти технологии имеют достаточно высокие энергозатраты, что существенно повышает себестоимость производимой электроэнергии до 70 %, поэтому такие технологии применять не следует. Более перспективным является абсорбционный метод с применением в качестве растворителя С02 ионных жидкостей, имеющий более низкие энергозатраты.
3. Адсорбционные методы улавливания С02 на основе твердых сорбен¬тов отличаются низкими дополнительными энергозатратами, связанными с регенерацией сорбентов. К ним относятся технологии, основанные на ис¬пользовании кальциево-карбонатного цикла (Са0/СаС03) и карбонатов ще¬лочных металлов (Na и К). Метод улавливания С02, основанный на приме¬нении наноструктурных материалов - аминосодержащих твердых сорбентов отличается от указанных технологий более высокой адсорбционной способ¬ностью по отношению к С02 и может быть рекомендован для промышленно¬го освоения.
4. Мембранное разделение С02 из потока дымовых газов приводит к самым высоким дополнительным энергозатратам (в частности, из-за необхо¬димости компрессора для создания перепада давления в 10 бар) и требуется очень большая площадь мембранной поверхности (до 100 млн. м2). Поэтому такая технология не рекомендуется для практического использования.
5. Применение нового класса наноструктурных матералов - металлоор¬ганических каркасных структур (МОКС) открывает большие возможности для разделения и улавливания СО2, вызванные более высокой эффективно¬стью по сравнению с цеолитами из-за большой удельной внутренней поверх¬ности (до 600 м2/г) и очень низкими энергозатратами для последующего вы¬деления С02. Для систем улавливания С02 рекомендуется МОКС типа Mg- MOF-74, состоящий из ионов магния, соединенных органическими линкера¬ми.
6. В качестве самого эффективного и экологически чистого метода ре¬комендуется разделение С02 с помощью фермента карбоангидразы (КА), иг¬рающего важную роль в живых организмах, включая человека. Этот фермент является мощным катализатором процессов растворения и последующего выделения С02 в водных растворах.
7. Все рассмотренные в работе методы и технологии улавливания С02 имеют промышленные перспективы. Однако по степени промышленного ос¬воения в данный момент их можно разбить на две категории: первого и вто¬рого поколений. Технологии первого поколения являются в основном про¬мышленно освоенными — это аминовые растворы, охлажденный аммиачный раствор, кальциево-карбонатный цикл, карбонаты щелочных металлов и мембранное разделение. Для возможности промышленного применения тех-нологий второго поколения (твердые аминосодержащие сорбенты, металло¬органические каркасные структуры, ионные жидкости и ферментное разде¬ление) требуется проведение значительного объема НИОКР.
8. Предложена методика оценки стоимости различных систем улавли¬вания С02, основанная на анализе стоимости «предотвращенного выброса» С02, отнесенной к единице массы С02. Такой анализ, проведенный для тех¬нологий первого поколения, показал, что в настоящее время оптимальной технологией, имеющей самую низкую стоимость, является применение каль¬циево-карбонатного цикла (~900 руб/т С02), который рекомендуется для внедрения на крупных ТЭС. Для традиционной аминовой технологии эта ве¬личина в 2 раза выше (~1800 руб/т С02).
Для кардинального решения проблемы сохранения климатических условий на Земле требуется, на наш взгляд, создание промышленно освоен¬ных технологий, обеспечивающих непосредственное снижение уровня диок¬сида углерода в атмосфере без затраты энергии. Для этой цели может быть использован фотокаталитический метод восстановления С02 до СО с помо¬щью супрамолекулярных структур, содержащих рений, рутений и органиче-ские лиганды