29/07/2020
Учёные создали технологию, которая снижает выбросы углекислого газа на 90–99%
427
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%
Ученые нашли способ устранить выбросы углекислого газа на тепловых электростанциях
Ученые нашли способ устранить выбросы углекислого газа на тепловых электростанциях
Уральские физики научились утилизировать выбросы тепловых электростанций
Ученые нашли способ устранить выбросы углекислого газа на тепловых электростанциях
Ученые нашли способ устранить выбросы углекислого газа на тепловых электростанциях
Ученые нашли способ устранить выбросы углекислого газа на тепловых электростанциях
Ученые нашли способ устранить выбросы углекислого газа на тепловых электростанциях
Уральские физики научились утилизировать выбросы тепловых электростанций
Уральские физики научились утилизировать выбросы тепловых электростанций
Российские ученые представили технологию утилизации выбросов ТЭЦ | Слово и Дело
Уральские ученые нашли способ утилизировать выбросы тепловых электростанций
Физики создали технологию утилизации выбросов тепловых электростанций
Физики создали технологию утилизации выбросов тепловых электростанций
Физики создали технологию утилизации выбросов тепловых электростанций
Физики создали технологию утилизации выбросов тепловых электростанций
Физики создали технологию утилизации выбросов тепловых электростанций
Физики создали технологию утилизации выбросов тепловых электростанций
Уральские физики научились утилизировать выбросы тепловых электростанций
На рекордные 99%: специалисты РФ изобрели уникальную технологию утилизации выбросов ТЭЦ
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