CC BY
0УДК 620.9 Явнов И.Д., Рахимбулов В.Е., Новиков И.К.
Явнов И.Д.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Рахимбулов В.Е.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Новиков И.К.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ УГЛЯ В КОТЛАХ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Аннотация: в данной статье описана разработка системы комплексной переработки угля.
Ключевые слова: декарбонизация, тепловая электростанция, плавильный котел.
Дешевизна экибастузского угля, связанная с открытым способом добычи, привела к увеличению добычи угля до 60 млн тонн/год. Только при сжигании экибастузского угля ежегодно в атмосферу выбрасывается ~100 млн тонн С02, в почву попадает до 30 млн тонн золы, а на отвалах тепловых электростанций скопилось около 300 млн тонн отходов. Золоотвалы содержат значительное количество ценных компонентов.
2299
Мировые запасы угля оцениваются более чем в 861 миллиард тонн. Уголь с высокой влажностью или высокой зольностью составляет около 45% мировых запасов угля. Из-за наличия значительных внутренних запасов и установленной мощности для производства электроэнергии также ожидается, что высокозольный уголь продолжит оставаться важным источником энергии во многих странах по крайней мере, в течение следующих 30-40 лет. Согласно литературным данным, диоксид углерода может быть отделен от воздуха или дымовых газов с помощью абсорбции, адсорбции, аминоочистки, мембранного газоразделения или газогидатных технологий.
На саммите в Глазго в ноябре 2021 года ведущие мировые державы установили новый нулевой рубеж в сокращении выбросов CO2 к 2060 году. Это означает радикальные изменения во всей экономике с отказом от всех видов ископаемого топлива.
Другим вариантом снижения углекислого газа является строительство атомных электростанций. К концу 2022 года в мире насчитывалось 411 действующих ядерных реакторов. По сравнению с предыдущим годом количество действующих ядерных реакторов сократилось на 26, и во всем мире началось строительство восьми новых атомных электростанций. После катастрофы на Фукусиме авторы проанализировали все прошлые аварии с расплавлением активной зоны и оценили частоту отказов в 1 реактор на 3704 года эксплуатации. Этот показатель указывает на то, что в течение следующего десятилетия где-либо в мире может произойти более одной такой аварии.
Существуют и другие решения проблемы. Компания Qimeworks, занимающаяся прямым улавливанием воздуха, предлагает смешивать улавливаемый CO2 с водой и закачивать его на 500-600 м под землю, где газ вступит в реакцию с окружающим базальтом и превратится в камень. Отличительным инструментом в этом отношении является использование прямого захвата воздуха.
Наиболее эффективный метод крупномасштабного связывания CO2 силикатами магния был разработан в Соединенных Штатах. В Финляндии
2300
продолжаются работы по ступенчатой карбонизации серпентина с помощью стадии экзотермической карбонизации, проводимой при высоких температурах и давлениях. Однако, учитывая текущие глобальные выбросы CO2 в размере 37,6 гигатонн/год, реализация этой деятельности потребует строительства дорогостоящих подземных хранилищ. Более того, даже при успешном внедрении вышеуказанных технологий энергетически ценный компонент "С" будет теряться из CO2, а углеродное топливо придется повторно извлекать из земли и использовать в тех же масштабах.
Содержание CO2 в продуктах сгорания экибастузского угля составляет 16-17%, в то время как в воздухе оно не превышает 0,04%. По этой простой причине выгодно нейтрализовать CO2 на выходе из котла, путем введения порошка цинка в поток пара.
Основываясь на приведенных выше суждениях, авторы склоняются к сохранению установок, работающих на угле, как важнейшей области производства электроэнергии, путем отделения «C» от CO2 металлическим цинком и повторного использования «C» в системе.
Целью работы является прогнозирование 100% декарбонизации дымовых газов электростанций, извлечение углерода из CO2, извлечение ценных металлов из золы, и переработка золы и конвертерного шлака в каменное литье.
Новизной работы является разработка системы комплексной переработки угля в плавильном реакторе за счет использования высокотемпературных отходящих газов в котле, расщепление углерода по формуле CO2+2Zn= 2ZnO+C, с возвратом «C» в систему, сублимация Zn из ZnO с использованием высокоэффективного метода встречной ударной струи. Эксперименты, проведенные на плавильном заводе, показали, что степень восстановления германия и цинка из шлаков составляет 70%. Удельный расход энергии в 2-3 раза ниже, чем у действующего аналога. При пессимистичном сценарии чистой прибыли системы будет достаточно для закупки недостающей электроэнергии для установки перегонки: для 60%-ной карбонизации CO2, при стоимости электроэнергии от ветряных турбин $46,3/МВтч, для полной декарбонизации
2301
С02 - $31,8/МВтч. Срок окупаемости системы не превысит 6-8 лет, при ожидаемой чистой прибыли в размере 21 660 860 долларов в год.
Предметом исследования является создание безотходной, экологически чистой системы для переработки угля
Принцип действия предлагаемой системы заключается в следующем (см. рисунок 1).
Флюсовая зола перерабатывается в плавильной установке 1 с выделением расплава, пригодного для производства строительных изделий, высокотемпературные газы из реактора 1 производят пар в котле 2, С02 газы из котла 2 расщепляются в камере обезуглероживания 3 в пароцинковом потоке.
(7пО, С) - концентрат улавливается в электрофильтре и подается в дистиллятор для восстановления цинка и процесс повторяется, дистиллятор нагревается электричеством от ветряных турбин, остаточный шлак, содержащий 7п, подается в плавильный агрегат, газы, очищенные от С02, выбрасываются в атмосферу. На рисунке изображены: 1 - плавильный реактор, 2 - котел, 3 - камера декарбонизации, 4 - электрофильтр, 5 - Дистиллятор.
Пар
Рисунок 1. Схема декарбонизации С02 котельных газов.
2302
Предложена эффективная комбинация "плавильный завод-котел" для преобразования флюсованной угольной золы в каменнолитые продукты.
Эксперименты, проведенные на базе энергосберегающего плавильного завода "фаза инверсии реактора", показали: что при переработке металлургических шлаков степень извлечения цинка и германия достигла -70%, удельный расход топлива снизился в 2-3 раза по сравнению с аналогами. Предложен новый метод расщепления углерода из CO2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Глинский, С.В. Технологии улавливания и хранения углекислого газа. — М.: Энергия, 2018. — 320 с;
2. Иванов, А.А., Петров, Б.Б. Методы снижения выбросов CO2 на угольных электростанциях. — СПб.: Наука, 2019. — 256 с;
3. Сидоров, В.В. Каталитические методы улавливания углекислого газа. — Новосибирск: Сибирское отделение РАН, 2020. — 198 с;
4. Петрова, Е.В. Современные технологии переработки угля и снижение выбросов CO2. — Казань: Казанский университет, 2017. — 278 с;
5. Кузнецов, Н.И. Энергоэффективные технологии и охрана окружающей среды. — Томск: Томский политехнический университет, 2021. — 350 с;
6. Смирнов, Д.Д. Химические методы улавливания и нейтрализации CO2. // Химическая промышленность сегодня. — 2020. — №4. — С. 45-53;
7. Фёдорова, Л.В. Экологические аспекты переработки угля и нейтрализации CO2. — М.: Экология, 2017. — 290 с
2303
Yavnov I.D., Rakhimbulov V.E., Novikov I.K.
Yavnov I.D.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Rakhimbulov V.E.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Novikov I.K.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
NEUTRALIZATION OF DIOXIDE CARBON IN COAL PROCESSING IN BOILERS OF THERMAL POWER PLANTS
Abstract: this article describes the development of a system for complex coal processing. Keywords: decarbonization, thermal power plant, melting pot.
2304
