В настоящее время в России функционирует свыше 300 газотурбинных электростанций, используемых для производства электроэнергии. К ним, например, относятся ГТЭС-25П сопровождается значительным выбросом углекислого газа при сжигании ископаемого топлива ( СО2). Повышенные концентрации этого вещества в атмосфере приводят к парниковому эффекту, глобальному потеплению и изменению климата. Ежегодно одна электростанция выбрасывает 1,3 млн тонн, а в масштабах страны – почти 400 млн тонн. В связи с этим, крайне важно внедрять новые технологии и мероприятия для решения данной проблемы. Специалисты Пермского Политеха разработали многообещающий метод уменьшения углеродного следа при работе газотурбинных электростанций. Предложенный подход позволит на 45% уменьшить выбросы загрязняющих веществ и одновременно получить ценный химический продукт – диметиловый эфир. Эта разработка открывает новые перспективы для снижения воздействия на окружающую среду в энергетическом секторе России.
Данная работа проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Газотурбинные электростанции ГТЭС-25П мощностью 25 МВт/час получили широкое применение в российской промышленности для производства электроэнергии. Атмосферный воздух служит рабочим телом таких установок. В процессе работы воздух поступает в камеру сгорания, где он смешивается с природным или отбензиненным газом. Продукты горения проходят через турбину высокого давления и свободную силовую турбину, приводящую в действие генератор, после чего выводятся через выхлопную трубу в атмосферу.
Согласно расчетам, проведенным учеными ПНИПУ, эксплуатация одной такой станции приводит к годовым выбросам углекислого газа в размере 1309 тысяч тонн, а совокупные выбросы электростанций данного типа по всей стране достигают 396 650 тысяч тонн. Эти показатели усугубляют парниковый эффект, что, в свою очередь, ускоряет глобальное потепление. Это влечет за собой изменения климатических условий во всем мире, влияет на режим выпадения осадков, уровень мирового океана и оказывает негативное воздействие на разнообразные живые организмы и здоровье людей.
– Сокращение выбросов углерода возможно посредством различных мер, включая оптимизацию качества используемого сырья, например, переход на топливо с низким содержанием углерода, углеродно-нейтральное топливо или водородное топливо; создание камер сгорания с пониженными выбросами, обеспечивающих минимальное содержание вредных веществ в выхлопных газах; а также разработку технологий улавливания выбросов из дымовых газов и поиск способов их утилизации 2, по словам Никиты Кифеля, ассистента кафедры «Химические технологии» ПНИПУ, наше исследование принесло ощутимую пользу.
Отработанный СО2 может использоваться для закачки в нефтяной пласт для увеличения добычи нефти, а также в качестве сырья для получения различных химических соединений. Одно из перспективных направлений – синтез диметилового эфира.
Это простой эфир, характеризующийся уникальными свойствами, благодаря которым он находит применение в различных сферах. В России он широко известен как хладагент, используемый в холодильном оборудовании, системах кондиционирования и других установках для поглощения тепла и его последующей передачи во внешнюю среду. В азиатских странах диметиловый эфир служит экологически безопасной заменой дизельному топливу. Кроме того, он используется в качестве исходного материала для производства других химических соединений, востребованных в отраслях, выпускающих пластмассы и лекарственные препараты.
Специалисты Пермского Политеха создали методику производства диметилового эфира с использованием углекислого газа, удаляемого в качестве отходов, и оценили, какое уменьшение углеродного следа это позволит достичь на газотурбинных электростанциях.
Процесс включает в себя несколько последовательных этапов. На первом этапе происходит улавливание СО 2 из дымовых газов, для этого широко используется специальный раствор на основе аминов – абсорбентов, способных поглощать газ. Далее следует его превращение в синтез-газ (смесь водорода и оксида углерода) – основу для производства множества химических продуктов. Уже из него получают метанол, а затем диметиловый эфир.
– Последние этапы развития технологии уже давно применяются в промышленности, в то время как получение синтез-газа из отходящих СО 2 до сих пор представляет сложность. Это можно реализовать двумя методами: с использованием метана или водорода. Однако процесс требует нагрева смеси до высоких температур (примерно 700 градусов), для чего нужно большое количество топлива. Это в свою очередь приводит к новым выбросам углекислого газа, что необходимо учитывать при оценке эффективности подхода, – объясняет Юлия Мозжегорова, доцент кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Согласно результатам исследований, данная технология способна уменьшить выбросы углекислого газа 2 на 45% для одной электростанции и при этом производить до 1,2 миллиона тонн диметилового эфира в год. С учетом, что получение синтез-газа будет проводиться путем углекислотной конверсии метана.
Разработка специалистов Пермского Политеха в первую очередь принесет пользу промышленным предприятиям, использующим газотурбинные электростанции. Она позволяет не только существенно уменьшить выбросы углекислого газа, но и получить ценный продукт, спрос на который постоянно растет на рынке углеводородов.