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.