Электростанция с нулевой эмиссией больше не является фантазией. Фильтры становятся все более изощренными, удаляя пыль и другие вредные вещества из выхлопных газов. И в будущем новые технологии производства электроэнергии должны предотвращать выбросы углекислого газа в атмосферу. Усовершенствованные методы измерения и более эффективное распределение мощности также помогают обеспечить более чистый воздух.
Абстрактные
Индия является четвертой по величине экономикой в мире и имеет быстрорастущий энергетический рынок. Текущая мощность Индии в настоящее время на 30% меньше спроса. Уголь и нефть являются первичными источниками энергии. Высокое содержание золы в индийском угле и неэффективные технологии сжигания способствуют выбросу в Индию твердых частиц твердых частиц и других микроэлементов, в том числе газов, которые отвечают за парниковый эффект.
Изменение климата является одной из самых серьезных проблем, с которыми сталкивается сегодня человечество. Вероятно, одно из самых больших последствий для сокращения выбросов CO2 будет достигнуто за счет внедрения топливно-энергетических установок с нулевым уровнем выбросов, включая улавливание и хранение диоксида углерода.
CO2 является основным парниковым газом из-за очень высокого общего количества, выделяемого в результате деятельности человека, и около трети общих выбросов СО2 человека производится в секторе производства электроэнергии.
Электростанция с нулевой эмиссией больше не фантазия!
Фильтры становятся все более сложными; удаление пыли и других вредных веществ из выхлопных газов. И в будущем новые технологии производства электроэнергии должны помешать выбросам углекислого газа в атмосферу. Расширенные методы измерения и более эффективное распределение мощности также помогают обеспечить более чистый воздух.
Интегрированная газовая установка с комбинированным циклом
Oxy-blown электростанции более совместимы, чем наши обычные электростанции, касающиеся уровней выбросов. Среди них самая эффективная электростанция с интегрированной газификацией.
Уже запущены установки комбинированного цикла газификации (IGCC). Здесь топливо, такое как уголь, преобразуется с добавлением кислорода в синтез-газ (газификация). Syngas является основным топливом для приложений IGCC. Природный газ используется для пуска и резервного топлива. Во время пускового процесса при нагрузке 30% газовая турбина переходит в синтез-газ и переносится на базовую нагрузку, в основном, на моноксид углерода и водород.
Процесс газификации может производить синтез-газ из высокосернистого угля, тяжелых нефтяных остатков и биомассы.
Рисунок 1 - Захват после сжигания с использованием растворителей
Завод называется интегрированным, поскольку его синтез-газ производится в установке газификации на заводе, которая была оптимизирована для комбинированного цикла установки. В этом примере синтез-газ используется в качестве топлива в газовой турбине, которая производит электроэнергию. Для улучшения общей эффективности процесса тепло извлекается как из процесса газификации, так и из выхлопа газовой турбины в парогенераторе «Отходы тепловых котлов». Этот пар затем используется в паровых турбинах для получения дополнительной электроэнергии.
Основная особенность заключается в том, что вместо использования кислорода и азота для газификации угля они используют кислород и CO2. Основным преимуществом является то, что можно повысить эффективность работы холодного газа и уменьшить несгоревший углерод (уголь).
- Проверенные наименьшие NOx, SOx, твердые частицы и более низкие опасные загрязнители воздуха,
- Проверенное удаление ртути и углекислого газа,
- Более низкое потребление воды, более низкое содержание твердых веществ
- Серовые и не выщелачиваемые побочные продукты из шлака
На установке IGCC CO2 может быть разделен на стадии подготовки синтез-газа. Однако разделение сжатия и хранения газа снижает эффективность примерно на 12 процентных пунктов. На установках IGCC можно также подавать биомассу или отходы химической промышленности, такие как асфальт и даже автомобильные шины.
верхний
Выбросы ртути
IGCC по сути является единственной технологией угля, которая может эффективно удалять ртуть из окружающей среды. Углеродные слои продемонстрировали 99, 9% удаления ртути из синтез-газа (пост «газоочистка»).
Углеродистые слои дешевле и дают значительно меньшие объемы твердых отходов, чем инъекция активированного угля на заводе ПК.
Методы захвата и сокращения углерода
Прежде чем газ углекислого газа (CO2) может быть секвестрован от электростанций и других точечных источников, он должен быть захвачен как относительно чистый газ. CO2 обычно отделяется и захватывается как побочный продукт от промышленных процессов, таких как синтетическое производство аммиака, производство H2 и кальцинирование известняка.
Существует три технологических маршрута для сбора CO2: дожигания, дожигания и сжигания кислородного топлива. технологии сжигания горючего и кислородного топлива, которые могут быть модернизированы на современных угольных заводах. Обе технологии являются осуществимыми, безопасными и могут быть рентабельными.
Задача заключается в разработке процессов, с тем чтобы их можно было экономически использовать в больших масштабах.
Параметры захвата CO2
Улавливание CO2 включает выделение CO2 из газов сгорания и сжатие его, чтобы оно было пригодным для безопасной транспортировки и хранения. Существует три основные системы улавливания для выделения СО2 из процесса сжигания: разделение после сжигания, обжига кислородного топлива и разделение до сгорания.
Сжигание после сжигания
В этом процессе СО2 отделяется от дымовых газов после сжигания. Вместо того, чтобы выпускаться непосредственно в атмосферу, дымовой газ пропускают через абсорбент или избирательную мембрану, которая отделяет большую часть СО2.
CO2, предварительно сжатый, подается в резервуар для хранения, а оставшийся дымовой газ выгружается в атмосферу.
Предварительное сгорание
Улавливание перед сжиганием включает в себя реакцию топлива с кислородом или воздухом и, возможно, также с паром для получения «синтез-газа (синтез-газа)» или «топливного газа», состоящего в основном из моноксида углерода и водорода. Затем монооксид углерода подвергают взаимодействию с паром в каталитическом реакторе, называемом конвертером сдвига, с получением CO2 и большего количества водорода. Затем СО2 отделяют, как правило, физическим или химическим процессом поглощения, в результате чего образуется водородное топливо, которое может использоваться во многих областях применения, таких как котлы, печи, газовые турбины, двигатели и топливные элементы.
Окисление топлива
При сжигании окси-топлива почти чистый кислород используется для сжигания вместо воздуха, в результате чего образуется дымовой газ, который в основном представляет собой СО2 и Н2О. Это упрощает процесс разделения, так как водяной пар можно легко конденсировать до жидкости, оставляя CO2 для последующей обработки.
верхний
Технологии управления углеродом для существующих заводов
Несколько инновационных схем, которые могли бы значительно снизить затраты на улавливание CO2 по сравнению с обычными процессами.
К ним относятся:
1 Oxyfuel Процессы сжигания используют кислород, а не воздух для сжигания. Окси-топливные циклы являются многообещающей технологией. Сжигание с чистым кислородом приводит к рабочей жидкости, состоящей в основном из пара и СО2, что позволяет легко и экономически выгодно выделять CO2 путем конденсации пара. Другими преимуществами являются большое разнообразие видов топлива, которые могут быть использованы (природный газ, синтез-газ от газификации угля или биомассы и т. Д.) И генерация с низким содержанием NOx, поскольку азот вводится только азотом, связанным с топливом, или в виде остатка в кислороде до камера сгорания.
Сгенерированный NOx, а также другие газы удаляются вместе с CO2, поэтому загрязняющие вещества не выбрасываются в атмосферу. Это приводит к выхлопному газу, который является главным образом водяным паром и СО2. Выхлопной газ имеет относительно высокую концентрацию СО2 (более 80 об.%).
Сжигание кислородного топлива представляет собой возможность улучшить экономию улавливания CO2.
2 Растворители и сорбенты для выделения СО2 из дымовых газов (как физических, так и химических) могут быть дополнительно улучшены для снижения затрат, повышения скорости реакции и регенерационных нагрузок и устранения загрязнения от других загрязняющих веществ. Это включает такие технологии, как водный аммиак, передовые амины, ионные жидкости, металлические органические каркасы и обогащенные амином сорбенты.
3 Расширенные мембраны для разделения кислорода и поглощения CO2 являются ключевыми технологиями. Эти усилия будут оценивать потребности в передовых мембранах, применимых к пылеугольным системам и другим традиционным системам сжигания, что позволит свести к минимуму потери затрат и эффективности для разделения CO2.
4 Химические процессы петли, которые препятствуют прямому контакту воздуха и топлива, дают возможность производить относительно чистый поток CO2, который не нужно отделять от дымовых газов. Технические проблемы остаются в ключевых областях, таких как обработка твердых частиц и способность носителя кислорода, реактивность и истощение.
Экономические исследования показывают, что улавливание углерода добавит более 30 процентов к стоимости электроэнергии для новых единиц интегрированного комбинированного цикла газификации (IGCC) и более 80 процентов к стоимости электроэнергии, если будет модернизировано до существующих блоков пылеугольного угля (ПК).
верхний
Хранение и использование CO2
После захвата и транспортировки большинство CO2 будет храниться в геологических резервуарах. Большинство стран заинтересованы в ряде таких водохранилищ, включая истощенные и заброшенные нефтяные и газовые месторождения, глубокие соленые водоносные горизонты и глубокозалегающие угольные пласты или в виде минеральных карбонатов.
Рисунок 2 - Хранение СО2
Варианты хранения CO2
Истощенные нефтяные и газовые месторождения
Они представляют значительную возможность для хранения СО2, а европейские мощности оцениваются в 14, 5 млрд. Тонн в море и 13, 1 млрд. Тонн.
Улучшение добычи нефти и газа
В качестве промежуточного шага имеются возможности для впрыскивания CO2 в зрелые месторождения для улучшения добычи нефти (и газа) за счет увеличения добычи нефти (EOR), увеличения производства на 4-20%.
Солевые водоносные горизонты
Это, безусловно, самый большой потенциал для хранения СО2, как в Европе, так и в Европе. Такие водоносные горизонты представляют собой осадочные породы (обычно песчаник и реже известняк или другие породы), которые достаточно пористые, чтобы хранить большие объемы CO2 и достаточно проницаемы для обеспечения потока текучих сред.
Хранение CO2 будет происходить на глубинах ниже 7-800 метров, где CO2 ведет себя как жидкость, а поры отложений заполняются соленой водой.
Непромываемые угольные пласты
Они предлагают еще одну возможность хранить CO2 при низкой себестоимости. В проектах усовершенствованного метана угольного пласта (ECBM), если открывается добывающая скважина, уголь адсорбирует CO2 и N2, а метан смещается, что увеличивает его производство. Хотя этот подход все еще находится на ранней стадии и нуждается в большем количестве исследований, он считается перспективной концепцией из-за добавленной стоимости произведенного метана.
Необходимы подробные знания и понимание того, где и как можно хранить СО2. Это понимание должно включать, например, географические местоположения, возможности, будущее поведение в водохранилищах и связанные с ними риски вместе с национальными и международными правовыми ограничениями. Следует обратить внимание на разработку методологии мониторинга, способной укреплять доверие и доверие среди граждан, проживающих вблизи мест хранения.
верхний
ТОТЭ-GT
Система SOFC-GT представляет собой систему, содержащую твердооксидный топливный элемент в сочетании с газовой турбиной. Дальнейшее сочетание SOFC-GT в комбинированной ТЭЦ также в некоторых случаях может дать еще более высокую термическую эффективность. На этих установках ТОТЭ используется в качестве замены в камеру сгорания вблизи газовой турбины. Он будет генерировать электроэнергию с электрическим КПД более чем на 45%.
Рисунок 3 - SOFC-GT
Внутри модуля SOFC обессоленное топливо используется электрохимически и окисляется ниже температуры для образования NOx. Поэтому выбросы NOx и SOx для системы выработки электроэнергии SOFC почти ничтожны. Побочными продуктами выработки энергии из углеводородных топлив, которые выделяются в окружающую среду, являются CO2 и водяной пар.
Разработка методов захвата и секвестрации СО2, в результате чего появилась система выработки электроэнергии с нулевым выбросом.
верхний
Заслуги
- Это компактное, недорогое оборудование
- Он имеет большую эффективность цикла с усовершенствованными турбинами.
- Полный захват углерода приводит к нулевой эмиссии (ультранизкая эмиссия)
- Требуемое количество тепловой энергии поставляется для опреснения воды.
-
Электростанция с нулевой мощностью имеет «тройную выгоду».
- Углекислый газ захватывается и используется для другого применения.
- Выброс нулевой энергии.
- Дополнительное масло производится из существующих скважин.
Demerits
- Самым большим недостатком является высокая рабочая температура, которая приводит к увеличению времени пуска и механической и химической совместимости.
- Заправка топливных элементов по-прежнему является проблемой, поскольку производство, транспортировка, распределение и хранение водорода затруднено.
- Стоимость выбросов CO2 с использованием современных технологий, углерода - слишком высока для приложений сокращения выбросов углекислого газа.
верхний
Вывод
В нынешнем сценарии сжигание топлива лежит в основе современной энергогенерирующей системы. Это приводит к выбросу парниковых газов, вызывающих глобальное потепление. Среди этих газов CO2 составляет основную долю.
Разработка методов захвата и секвестрации СО2 приводит к созданию системы выработки электроэнергии с нулевым выбросом, и, следовательно, общая производительность и эффективность возрастают.
АВТОРЫ: Р. Винод (EEE STREAM, 3rd B. TECH) и гл. Аниш (EEE STREAM, 3rd B. TECH)