Резюме: Применение инновационной системы получения
углекислого газа позволяет эффективно решать многие вопросы
экологии а также более экономичного получения ряда
химических продуктов.
Ключевые слова: система «ЭкоТЕСЭ», нефтегазовый комплекс,
соответствие экологическим требованиям.
Сжигая органическое топливо (уголь, нефть и газ),
человечество неуклонно увеличивает концентрацию диоксида
углерода в атмосфере, достигшей в последние годы угрожающих
379 промилле. По подсчетам Международного энергетического
агентства, если не принять срочных мер, то к 2050-му году
мир будет выделять в атмосферу 57 гигатонн СО2 в год, и
тогда последствия для экосреды уже могут стать необратимыми.
Вызовы и риски, возникающие в связи с глобальным изменением
климата, требуют к себе уже не меньшего внимания¸ чем поиск
эффективных решений по удовлетворению растущих
энергетических потребностей национальных экономик. Один из
таких рисков состоит в необходимости скоординированных
усилий и технологических изысканий для снижения выбросов
продуктов сжигания в атмосферу. Выполненные в последние годы
исследования и научно-технические разработки о возможности
улавливания и геологического хранения СО2 как возможного
варианта снижения выбросов парниковых газов, образующихся
при добыче ресурсов, производстве и использовании топливных
материалов и электроэнергии, свидетельствуют о том, что
такая возможность вполне реальна.
Одним из таких примеров является разработанная российскими
учёными экологически безопасная технология сжигания топлива
с попутным извлечением и полезным использованием СО2 высокой
концентрации (95-100%). В России и за рубежом она стала
известна как "ЭкоТЭС" ( EcoTES). Как известно, содержание
СО2 в продуктах горения при обычном сжигании топлив не
превышает 12%. Такие продукты горения не имеют никакой
практической ценности, а выбросы СО2 в атмосферу
представляют опасность из-за угроз, связанных с «парниковым
эффектом».
При сжигании топлив по новой технологии концентрация
газообразного СО2 достигает 95-98% на сухую массу. А при
увеличении давления продуктов горения до значений выше
критических (+20С, 5,85МПа) можно получить СО2 в сжиженном
виде с концентрацией 100%, что полностью исключит
необходимость применения дорогостоящих методов обработки
дымовых газов для извлечения углекислого газа. Такой
результат достигается за счет того, что в отличие от
традиционных технологий сжигания топлив в качестве
окислителя применяется не воздух, а специальным образом
подготовленная смесь кислорода и СО2. При этом доля
кислорода в смеси остаётся примерно такой же, что в воздухе.
Это дает возможность поддерживать рабочие процессы в
топочных устройствах или камерах сгорания, а также в
теплообменных поверхностях в таком же состоянии, как и при
традиционных способах сжигания топлив, используя серийно
выпускаемое теплоэнергетическое оборудование.
На основе использования технологии «ЭкоТЭС» уже разработаны
опытные образцы экологически безопасных паротурбинных,
газотурбинных и парогазовых тепловых электростанций и
котельных. Необходимый для сжигания топлива кислород
получается с помощью предвключенных воздухоразделительных
установок, выпуск которых освоен отечественной
промышленностью. Источником инертного газа для подготовки
окислителя служат продукты горения, состоящие в этом случае
в основном из СО2. Основная масса продуктов горения в виде
диоксида углерода высокой концентрации используется в целях
народного хозяйства.
Высокая эффективность процесса обусловлена тем, что удельная
энергоемкость производства СО2 по ЭкоТЭС в 7-20 раз ниже,
чем у лучших традиционных способов промышленного
производства диоксида углерода. Особенность инновационной
технологии заключается в сжигании топлива в кислороде,
разбавленном продуктами горения, которые подаются в
смеситель с помощью рециркуляционного дымососа. Весьма
низкая энергоемкость процесса производства СО2, которая в
зависимости от вида топлива не превышает 36-97 кг у.т. на
1т, обеспечивая тем самым весьма низкую его себестоимость,
является отличительной особенностью данной технологии.
Нелишне заметить, что СО2 - ценный продукт, который широко
применяется в народном хозяйстве. Одним из наиболее
перспективных направлений его крупномасштабного
использования является закачка в пласты с целью
существенного повышения нефтеотдачи месторождений, которая в
таком случае может достигать 78-94%. Использование
технологии в районах ранее освоенных месторождений с
развитой инфраструктурой и уже обеспеченных
квалифицированными трудовыми ресурсами экономически
значительно более выгодно, чем освоение новых месторождений
в необитаемых районах и тем более на шельфах.
Процесс интенсификации отдачи нефти основан на том, что под
давлением СО2 химически и физически вытесняет
труднодоступную нефть, оставшуюся в порах геологических
слоев после первых стадий добычи. Компрессоры закачивают
углекислый газ в сырую нефть, которая в ходе химических
реакций изменяется, а затем перемещается сквозь пористую
породу к нефтедобывающим скважинам. Таким образом,
углекислый газ понижает контактное поверхностное натяжение
сырой нефти. Не случайно среди всех известных методов
повышения нефтеотдачи эта технология в мире развивается
наиболее быстрыми темпами, а снижение количества выбросов
СО2 благодаря захоронению их в пласты обуславливают её
экологическую эффективность.
Установки «ЭкоТЭС» способны вырабатывать до 80% избыточной
электроэнергии, которая может быть использована как для
энергоснабжения промыслов, так и для реализации
электрической и тепловой энергии близлежащим внешним
потребителям.
Важно отметить, что себестоимость энергии при этом не
возрастёт, так как все дополнительные капитальные и
эксплуатационные затраты в соответствии с существующей в
мировой практике методологией относятся на производство СО2.
Удельные технико-экономические показатели производства СО2
по технологии «ЭкоТЭС»
Как показали исследования и огневые испытания, технология «ЭкоТЭС»
полностью готова к практическому применению на котельных
установках и генераторах паротурбинных энергоблоков. В
настоящее время продолжаются исследования перспектив
перевода газотурбинных и парогазовых установок на режим «ЭкоТЭС»,
а также поуглекислотно-кислородной газификации твердых
топлив, которая обеспечивает наивысший КПД и наиболее
высокую отдачу от сгорания (свыше 3000ккал/нм3). Важно
отметить, что перевод энергетических установок на режим
работы по схеме «ЭкоТЭС» почти не требует дополнительных
затрат по замене основного теплоэнергетического оборудования
и заключается лишь в его оптимизации по таким параметрам,
как коэффициент рециркуляции продуктов горения и
концентрация кислорода в смеси. При строительстве новых
установок, все оборудование без исключения может быть
поставлено отечественной промышленностью на базе освоенных
стандартных проектов.
Увеличение негативного вклада энергетики в загрязнение
окружающей среды, а также действенность механизмов
углеродного финансирования стимулирует развитые страны
разрабатывать концепцию энергетики, не выбрасывающей
углекислый газ в атмосферу. Независимо от того,
действительно ли вклад человечества в глобальное потепление
является решающим, активная позиция в области снижения
выбросов вредных веществ стратегически верна и важна сама по
себе, так как кроме очевидного положительного эффекта
улучшения экологической ситуации она способствует развитию и
внедрению новых технологий.