Декарбонизация без убытков
Углерод, от которого мировое сообщество решило очистить атмосферу, по-прежнему остаётся основой всех органических веществ и, следовательно, основой жизни. Более того, он востребован в самых разных видах и состояниях. «Энерговектор» уже рассказывал читателям о фуллеренах - веществах со сферическими молекулами, состоящими из большого количества (до сотни) атомов углерода. Фуллерен C60 - великолепный антиоксидант, во много раз более сильный, чем аскорбиновая кислота, и совершенно безвредный для организма. Углерод в форме графита используется в массовом производстве ионолитиевых аккумуляторов, которое прирастает быстрыми темпами в связи с появлением электромобилей.
Углекислый газ находит применение в пищевой промышленности, его можно даже использовать для подпитки растений, выращиваемых в искусственных условиях. Углекислоту в сверхкритическом состоянии начинают применять в качестве рабочего тела в энергетических установках, что позволяет резко сократить их массогабаритные характеристики. Можно ещё привести пример алмаза как чрезвычайно прочного углеродного материала для металлообработки, углеродных нитей для производства композитных материалов, графена для прорывных электронных технологий и так далее...
Таким образом, призывы к декарбонизации не нужно воспринимать слишком прямолинейно: одновременно нам необходима «карбонизация» в положительном смысле этого слова.
От науки - к производству
Прошедшим летом в «ЛУКОЙЛе» подвели итоги XV Конкурса на лучшую научно-техническую работу молодых учёных и специалистов за 2019-2020 годы. Первой премии по направлению «Промышленная и экологическая безопасность» удостоен Александр Клюшкин из дирекции ООО «ЛУКОЙЛ-Энергоинжиниринг» в Кстове за работу «Установка по производству диоксида углерода на Астраханской ТЭЦ-2». Стоит отметить, что Александр Клюшкин - выпускник кафедры «Возобновляемые источники энергии» Губкинского университета, а работу свою он выполнял под руководством Дениса Сотникова - начальника отдела ВИЭ в ООО «ЛУКОЙЛ-Энергоинжиниринг».
«Проблему выделения и утилизации углекислоты из дымовых газов электростанций "ЛУКОЙЛа" мы прорабатывали с 2019 года, - рассказал Денис Сотников. - Тематика для нас была совершенно новой, начинать пришлось практически с нуля. Итерационным методом пришли к тому, что наиболее перспективна технология выделения с жидким абсорбентом, которую эффективнее всего можно применить на паросиловых ТЭЦ. Ответ на вопрос, что делать с полученным диоксидом углерода, лежал на поверхности: газ в жидком виде востребован на рынке предприятиями целого ряда отраслей. Астраханская ТЭЦ-2 была выбрана в первую очередь как самый подходящий источник сырья. Кроме того, из четырёх энергоблоков станции какие-то всегда находятся в работе, так что проект будет обеспечен сырьём в любое время года».
В дымовых газах Астраханской ТЭЦ много двуокиси углерода, что говорит о низких объёмах присосов воздуха в газовоздушных трактах котельных агрегатов. Это - свидетельство исправности оборудования и высокой культуры его эксплуатации в «ЛУКОЙЛ-Астраханьэнерго». Продукты сгорания не смешиваются с атмосферным воздухом, так что концентрация углекислоты не снижается. Впрочем, для применения технологии на жидких абсорбентах важнее то, что не увеличивается концентрация кислорода. Он окисляет этаноламины - спирты, которые чаще всего используют в качестве жидких абсорбентов, - из-за чего они быстро деградируют и теряют свои ключевые свойства.
Стоит отметить, что предложенную технологию нецелесообразно использовать на газотурбинных электростанциях. «Продукты сгорания топлива в газотурбинных установках характеризуются относительно высоким содержанием кислорода и низким содержанием углекислоты, жидкие абсорбенты для них неприменимы, - объясняет Денис Сотников. - Существует альтернативная технология на твёрдых адсорбентах, которая может быть применена на газотурбинных установках, но она энергоёмка и, следовательно, грозит высокими операционными затратами. По предварительной оценке стоимость жидкой углекислоты там будет в полтора-два раза выше».
Экологичная технология
На данном этапе в качестве продукта для производства выбран жидкий углекислый газ. При подготовке технико-экономического обоснования работы Александр Клюшкин пришёл к выводу, что 35 тонн в сутки - оптимальная производительность для выхода на рынок юга России. А в перспективных планах инноваторов записано производство сухого льда. «Применение сухого льда для охлаждения пищевых продуктов при транспортировке представляет очень перспективное направление», - отметил Денис Сотников.
Углекислота из дымовых газов будет поглощаться циркулирующим 12-15-процентным раствором моноэтаноламина. В типовых установках по выделению CO2 используется холодный скруббер, но в данном проекте он будет исключён. Дело в том, что на Астраханской ТЭЦ-2 идёт проект по внедрению конденсационного теплоутилизатора (КТУ) для использования теплоты уходящих дымовых газов с целью подогрева сырой воды. В КТУ дымовые газы охлаждаются до температуры около 45 °С, благоприятной для абсорбции CO2. Таким образом эти проекты создают для компании синергетический эффект.
Постоянные читатели «Энерговектора» знают, что на парогазовых установках «ЛУКОЙЛа» смонтированы абсорбционные бромисто-литиевые холодильные машины (АБХМ), которые помогают поддерживать высокую мощность ГТУ в жаркое время. На четвёртом энергоблоке Астраханской ТЭЦ-2 тоже установлена АБХМ - для экспериментов по применению холодильных машин на паросиловой станции. В процессе разработки установки по производству углекислоты сотрудники «ЛУКОЙЛ-Энергоинжиниринга» рассматривают возможность интеграции в неё имеющейся АБХМ.
Глаза боятся - руки делают
Пока широкая пресса обсуждает сложные вопросы декарбонизации, «ЛУКОЙЛ» ими уже занимается. «Я всегда считал, что предприятие набирает штат именно для решения проблем, и относился к постановке трудных задач как к естественному ходу событий, - рассказывает Александр Клюшкин. - Иногда бывает совершенно непонятно, с чего и как начинать работу, но всегда есть старшие коллеги, которые могут дать полезный совет».
«В течение нескольких месяцев при подготовке работы мы с Сашей созванивались по выходным и часами обсуждали результаты расчётов, - делится Денис Сотников. - И каждый раз Саша получал "домашнее задание" на следующую неделю. Поначалу главной проблемой я считал сбыт готовой продукции потребителям, но после проведённого маркетингового исследования будущее проекта мне видится в оптимистичном ключе».
* * *
При подготовке работы Александр Клюшкин расширил свои знания в области химии и в деталях изучил технологию утилизации теплоты от конденсации пара, содержащегося в продуктах сгорания. «Никогда не сдавайтесь, идите до конца. Верьте в свои силы, ведь ваш потенциал не знает границ!» - призывает он коллег.
Пока документация по проекту ещё не оформлена, о сроках его реализации и окупаемости можно говорить только приблизительно. «Думаю, что за два-три года вполне реально, завершив проект и стройку, начать коммерческую эксплуатацию установки», - считает Денис Сотников.
Читайте другие наши материалы
