Коллектив ученых Уральского федерального университета и Института теплофизики Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН, Новосибирск) под руководством профессора кафедры тепловых электрических станций УрФУ Александра Рыжкова создал уникальную технологию. Она помогает превращать угольную электрогенерацию в безотходное, экологически чистое и экономически более эффективное производство. 

Статья с результатами исследования опубликована в высокорейтинговом журнале Fuel. Как отмечают авторы, эти результаты — один из этапов более чем десятилетних поисков решений по снижению выбросов парниковых газов энергетическим сектором экономики. Достаточно сказать, что технология, предложенная учеными УрФУ и ИТ СО РАН и включающая энергоустановку на твердом топливе и систему улавливания, депонирования и утилизации техногенного углерода, снижает выбросы СО2 в объеме 90–99%. 

Статья посвящена решению задачи интенсификации процесса газификации (конверсии) угля. В существующих технологиях этот результат достигается путем обогащения кислородом дутьевого воздуха, который подается в первую ступень традиционных двухступенчатых воздушных газификаторов: увеличение концентрации кислорода ведет к ускорению конверсии угля. Теоретически тот же результат достигается дополнительным нагревом дутьевого воздуха в воздушном котле до высокой температуры, порядка 1200°С, однако ввиду технологической сложности этот способ в реальном производстве еще неприменим. Уральские и сибирские ученые предлагают более экономичное и простое решение. 

«Разрабатываемый нами воздушный газификатор напоминает песочные часы: он представляет собой две ступени, соединенные конфузорно-диффузорной перемычкой. В первую, нижнюю, ступень подается уголь и окислитель — воздух, более доступный и дешевый, чем кислород. Объем подаваемого воздуха меньше, чем необходимо для полного сгорания угля. Во вторую ступень с помощью азота подается уголь, который, реагируя с продуктами конверсии из первой ступени, газифицируется с образованием топливного синтез-газа — смеси горючих CO, H2 и негорючих CO2, H2O, N2», — объясняет доцент кафедры тепловых электрических станций УрФУ Николай Абаимов

Отличительная особенность технологии газификации угля, разработанной в УрФУ, состоит в том, что в газификатор подается уголь микропомола, диаметр его частиц — 30–40 микрон — существенно меньше диаметра частиц угля стандартного помола, составляющего около 100 микрон. Благодаря микронизации угля удельная площадь его реагирования становится больше, доступ окислителя к углю — легче, следовательно, процесс сгорания угля и его газификации происходит быстрее. Полученный таким образом синтез-газ сжигается в камере сгорания газовой турбины с образованием углекислого газа и водяного пара с присутствием азота и некоторых примесей, например, серы и оксидов азота. 

«В России под конверсией угля обычно понимается его сжигание в энергетических котлах тепловых электрических станций, основанных на паросиловом цикле, так называемом цикле Ренкина. КПД таких станций — 35–40%, это существенно ниже, чем у предлагаемого нами цикла на базе парогазовой установки (цикла Брайтона-Ренкина) с внутрицикловой газификацией, ее КПД может достигать 50–55%. Предлагаемая нами технология улавливания и утилизации подразумевает очистку и сжатие синтез-газа CO2, образующегося в результате сжигания. В итоге получаем жидкий СО2, депонировать который, то есть закачивать под землю, гораздо удобнее», — продолжает Николай Абаимов.​ 

Однако, по словам ученого, «складирование» газа — наиболее примитивное решение. В то же время, например, закачивание сжиженного углекислого газа в нефтеносные пласты заметно увеличивает их отдачу. СО2 имеет и массу других полезных применений — в пищевой промышленности, в производстве пластмасс, в системах пожаротушения и так далее. 

«Более того, мы видим возможность непосредственно на теплоэлектростанциях наладить производство углекислоты разных характеристик — давления, температуры, чистоты, в зависимости от запросов тех или иных потребителей. Таким образом, они будут избавлены от необходимости „доводить“ СО2 под собственные нужды. Оставшиеся примеси — серу, оксид азота — также можно реализовывать, к примеру, в сельском хозяйстве, медицине, автомобильной промышленности и так далее», — добавляет Николай Абаимов.​​ 

В УрФУ разрабатываются концепция и ключевые технологические решения перспективной установки, которая обеспечит малозатратную передачу углекислого газа промышленным потребителям. Использование технологии минерализации — реагирования СО2 с горными породами или отходами производств с образованием карбонатов — открывает возможность, утилизируя углекислый газ, а также золу, шлак, отходы стройиндустрии, получать новую продукцию. 

Наиболее подходящими для применения в схемах утилизации СО2 являются искусственные материалы. Если для карбонизации горных пород, как правило, необходимы высокие давление и температуры, то карбонизация искусственных материалов может быть осуществлена при низком, в том числе атмосферном, давлении и небольшой температуре. При этом конечный продукт карбонизации гораздо более стабилен, чем в других технологических решениях утилизации углекислого газа, и находит множество промышленных применений, в том числе в рамках кампании по реновации жилья. 

Своей целью группа ученых под руководством Александра Рыжкова видит превращение отходов теплоэлектростанций в полезный продукт, товар, а угольной электрогенерации — в безотходное, экологически чистое и при этом экономически выгодное производство, оснащенное современными, высокотехнологическими системами улавливания и утилизации углекислого газа. Отдельные этапы работы поддержаны грантами Российского научного фонда, Российского фонда фундаментальных исследований, Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007–2013 годы». 

УрФУ — один из ведущих университетов России и участник проекта 5-100, отмечает в 2020 году столетие. Вуз расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных студенческих игр 2023 года. УрФУ выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука». ​

Фото: по словам Николая Абаимова, КПД установки может достигать 50–55%. Фото из личного архива Николая Абаимова. 

Источники

Ученые создали технологию, которая снижает выбросы углекислого газа на 90-99%
Уральский федеральный университет (urfu.ru), 29/07/2020
Ученые нашли способ устранить выбросы углекислого газа на тепловых электростанциях
PC PROBLEMS (pc-problems.ru), 02/08/2020
Ученые нашли способ устранить выбросы углекислого газа на тепловых электростанциях
Lampon.ru, 02/08/2020
Уральские физики научились утилизировать выбросы тепловых электростанций
Sumyinfo.com, 02/08/2020
Ученые нашли способ устранить выбросы углекислого газа на тепловых электростанциях
Pcnews.ru, 02/08/2020
Ученые нашли способ устранить выбросы углекислого газа на тепловых электростанциях
Ferra.ru, 02/08/2020
Ученые нашли способ устранить выбросы углекислого газа на тепловых электростанциях
Seldon.News (news.myseldon.com), 02/08/2020
Ученые нашли способ устранить выбросы углекислого газа на тепловых электростанциях
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 02/08/2020
Уральские физики научились утилизировать выбросы тепловых электростанций
Seldon.News (news.myseldon.com), 02/08/2020
Уральские физики научились утилизировать выбросы тепловых электростанций
Народные новости (nation-news.ru), 02/08/2020
Российские ученые представили технологию утилизации выбросов ТЭЦ | Слово и Дело
Слово и Дело (slovodel.com), 02/08/2020
Уральские ученые нашли способ утилизировать выбросы тепловых электростанций
Seldon.News (news.myseldon.com), 02/08/2020
Физики создали технологию утилизации выбросов тепловых электростанций
Novosibirsk.4geo.ru, 02/08/2020
Физики создали технологию утилизации выбросов тепловых электростанций
Российский уголь (rosugol.ru), 02/08/2020
Физики создали технологию утилизации выбросов тепловых электростанций
Индикатор (indicator.ru), 02/08/2020
Физики создали технологию утилизации выбросов тепловых электростанций
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 02/08/2020
Физики создали технологию утилизации выбросов тепловых электростанций
Seldon.News (news.myseldon.com), 02/08/2020
Физики создали технологию утилизации выбросов тепловых электростанций
Уголь Кузбасса, 03/08/2020
Уральские физики научились утилизировать выбросы тепловых электростанций
СГИ (mining-portal.ru), 03/08/2020
На рекордные 99%: специалисты РФ изобрели уникальную технологию утилизации выбросов ТЭЦ
Свободная пресса (svpressa.ru), 03/08/2020

Похожие новости

  • 04/09/2019

    Цитируемые ученые ТПУ: катализаторы из золота и оболочки для ТВЭЛов

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за летний период. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 75, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 9,405 (Green Chemistry, Q1).
    975
  • 14/12/2017

    Сибирские ученые нашли способ, который уменьшит вредные выбросы тепловых электростанций

    Ученые смоделировали процесс сжигания угля в котлах теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) и выяснили, уголь какого типа при сгорании дает меньше вредных выбросов. В результате удалось подобрать режим работы, при котором количество выбросов уменьшается в два раза.
    1531
  • 12/02/2020

    ТПУ должен быть технологическим драйвером отраслей и территорий

    ​Проректор ТПУ по научной работе и инновациям Мехман Юсубов в своем интервью ко Дню российской науки рассказал о главных научных достижения политехников в 2019 году и вызовах на год 2020-й.— 2019 для университета в целом был разным.
    363
  • 29/11/2016

    Новосибирские ученые будут сотрудничать с Севастопольским государственным университетом

    ​В сотрудничестве с Севастопольским государственным университетом в сфере энергоэффективности заинтересованы крупные предприятия энергетической отрасли.  С представителями власти, науки и промышленности Сибирского региона встретился профессор кафедры «Возобновляемые источники энергии» Института ядерной энергии и промышленности СевГУ Владимир Сафронов на XII Новосибирском инновационно-инвестиционном форуме по направлению «Инновационная энергетика».
    1933
  • 23/11/2017

    Сибирские ученые модернизировали метод расчета движения жидкостей

    ​Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета и Сибирского отделения РАН предложили использовать для гидродинамических расчетов систему из нескольких графических процессоров вместо центрального.
    1427
  • 19/09/2019

    НГУ и ИЯФ СО РАН представили на форуме «Технопром» инновационную методику лечения рака

    ​​C 18 сентября в рамках VII Международного форума технологического развития «Технопром» Новосибирский государственный университет и Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера представят стенд, посвященный совместной работе центра бор-нейрозахватной терапии онкологических заболеваний.
    1056
  • 25/09/2019

    Ученые ТГУ нашли новые пульсации в пламени «горелки» для тяжелого топлива

    Исследования нового устройства, созданного в Институте теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук и предназначенного для бессажевого сжигания тяжёлого углеводородного топлива с паровой газификацией, провели на механико-математическом факультете.
    905
  • 26/05/2017

    Статья новосибирского ученого о новом типе волоконных лазеров опубликована в журнале Nature Communications

    ​​Заведующий лабораторией волоконных лазеров НГУ, старший научный сотрудник ИАиЭ СО РАН Дмитрий Чуркин вместе с коллегами из Университета Астон Марией Сорокиной и Шурикантом Сугаванамом опубликовали работу, посвященную актуальной теме: исследованию спектральных корреляций в случайном волоконном лазере.
    2685
  • 23/09/2016

    На Байкале состоялась Международная конференция Asia-Pacific EPR/ESR Symposium 2016

    ​В посёлке Листвянка Иркутской области прошла X международная конференция Asia-Pacific EPR/ESR Symposium 2016. APES 2016 — официальная конференция Азиатско-Тихоокеанского общества электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), которая проводится каждые два года.
    4609
  • 27/03/2017

    Новосибирские ученые создали материал, обеспечивающий 30 лет непрерывной работы химического реактора

    Ученые из Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН и Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) создали новую технологию сплавления титана и тантала, в результате чего получили особо стойкий к коррозии и агрессивным средам материал.
    2972