WWW.PDF.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Разные материалы
 

«УДК 661.971 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ЦЕЛЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ А. В. Коробейников, студент гр. ТЭм-161 Кузбасский ...»

УДК 661.971

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ

РАЗДЕЛЕНИЯ ЦЕЛЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ

А. В. Коробейников, студент гр. ТЭм-161

Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева

г. Кемерово

Быстрый экономический рост способствует повышению спроса на энергию. Очевидным следствием этого является увеличение потребления органического топлива: угля, нефти, природный газа. Которое стало ключевым источником энергии, с момента промышленной революция. Тем не менее, значительное использование ископаемого топлива стало вызывать озабоченность в связи с негативным воздействием на окружающую среду, связанным с выбросами двуокиси углерода (CO2) и другими основными антропогенными выбросами такими как диоксид серы (SO2), оксиды азота (NO и NO2), газообразные углеводороды (HC), а также сероводород (H2S), сероуглерод (СS2), аммиак (NH3) и др. В связи с этим совершенствование и разработка новых технологий, снижающих выбросы вредных веществ, становятся всё более востребованными.

К основным проблемам внедрения и широкого применения технологий улавливания вредных газов, можно отнести значительные капитальные затраты на оборудование, и высокие энергетические затраты при эксплуатации.

Возникает необходимость изучения и разработки более экономически выгодных технологий, чем существующие. В данной статье рассматриваются современные методы улавливания и разделения газов, такие как каталитическое, абсорбционное, мембранное улавливание и низкотемпературная конденсация.



Целью работы является определение наиболее эффективного метода улавливания выбрасываемых газов. В КузГТУ проводятся исследования паровой газификации угля с целью получения синтез-газа (СО + Н2). Продукты реакции газификации, при температуре выше 750оС, кроме синтез-газа имеют: CO2 до 11%, CH4 до 2%, H2S до 1% (рис. 1). Целевые компоненты СО и Н2 необходимы для получения синтетического жидкого топлива (СЖТ), реакции Фишера-Тропша. Содержание остальных компонентов таких как СО2, H2S, CH4 приводит к «отравлению» катализаторов реакции, и невозможности получения СЖТ.

Основным методом очистки является абсорбционный. В основном он используется для поглощения СО2 как для дымовых газов, так и для синтеза газа, а также применяется для улавливания других газовых компонентов. Извлечение вредных компонентов осуществляется жидкими сорбентами и для каждого компонента используется свой сорбент. Типичные сорбенты моноэтаноламин (MЭA), диэтаноламин (ДЭА), карбонат калия и др. [1]. Для повторного использования отработанные сорбенты должны быть регенерированы. Существует несколько способов регенерации (отпаривание, метод мгновенного вскипания), но все они требуют больших энергетических затрат, что и является важным недостатком данной технологии очистки газов. Тем не менее данный метод является одним из самых эффективных и перспективных, так как некоторые сорбенты способны улавливать более 90% газа [1, 2].

Рис. 1. Характерный состав синтез газа при паровой газификации.

Одна из важных проблем глобального использования такой технологии при использовании амина в составе сорбента является его разложение, в результате происходит потеря растворителя, коррозия оборудования и деструкция летучих соединений.

Данные из [1 - 4] показывают большое диапазон удельных энергетических затрат, несмотря на подобные технологические схемы. Они варьируются от 0.97 до 4.20 МДж/кг извлеченного СО2. Производительность установок по извлечению СО2 из дымовых газов 90…1000 т/сут. (примерно от 4 до 42 т/ч).

Стоимость поглощенного СО2 за тонну варьируется 20…60 $/т в зависимости от эффективности улавливания [4]. Цена отпускаемой электроэнергии на электростанции с данной технологией очистки дымовых газов ~ 4 центов/кВт·ч [5]. Данные показатели показывают затраты при абсорбции СО2. Для улавливания H2S и СН4, необходимы другие жидкие сорбенты, которые повлекут не меньшие эксплуатационные и энергетические затраты.

При каталитической очистке, в отличие от процесса абсорбции, в качестве сорбента используются твердые катализаторы, связывающие компонент на его поверхности. Большая удельная площадь поверхности, высокая селективность и высокая способность к регенерации являются основными критериями при выборе сорбента. Распространенные сорбенты включают активированный уголь, цеолиты, оксиды кальция, гидротальциты, цирконат лития и др. [1]. Отработанный адсорбент также подлежит восстановлению. Эксплуатационные затраты составляют порядка 80-150 $/тонну извлеченного CO2 [1].

Энергетические затраты каталитической очистки зависят прежде всего от энергии, необходимой для регенерации и находятся в диапазоне 2…5,6 МДж/кг отделенного компонента. Более современные установки остаются в стадии разработки в нескольких научно-исследовательских программах [4].

Как и при абсорбционном методе улавливания для нескольких компонентов требуется столько же сорбентов.

При мембранном разделении газов используются полимерные мембраны способные пропускать только целевые молекулы газовой смеси. Мембрана, изготовлена из тонкого селективного слоя композитного полимера, связанного с более толстым неселективным и недорогим слоем, который обеспечивает механическую поддержку мембраны. Эффективность разделения газов от 82% до 88% несколько ниже чем в предыдущих вариантах [1]. Эта технология широко применяется для очистки O2 от N2, для очистки природного газа. Производительность мембранной системы зависит от таких условий как концентрация компонента и давление, которые являются основным препятствием для применения этой технологии [6].

Применение мембранных технологий не имеет такого масштаба как процесс абсорбции. Явным преимуществом является отсутствие токсичных химических веществ. Тем не менее основной проблемой является низкий расход газовой смеси через мембрану, что не позволяет применять данную технологию при большом производстве. Низкий уровень улавливания, замена отработанной мембраны, а также значительная мощность нагнетания, в результате значительный расход энергии в диапазоне 0,95...1,9 МДж/кг отделенного CO2 [3].

Низкотемпературное разделение — это процесс разделения компонентов газовой смеси, за счет применения очень низких температур (из-за их различных точек фазового перехода). Для отделения СО2, газ охлаждают до температуры его десублимации (от -100 до -135оC). CH4 конденсируется при температуре от -162 до -182оС, H2S от -60 до -82оС. Необходимые для реакции Фишера-Тропша компоненты СО и H2 конденсируются при более низких температурах -192оС и -250оС. После конденсации компоненты отделяются от газа в сепараторе. Эффективность извлечения компонентом может достигать 90-99% в зависимости от температуры. Так как дистилляция проводится при крайне низкой температуре и высоком давлении, то необходимое количество энергии оценивается в 600-660 кВт·ч на тонну CO2, полученного в жидкой фазе. Из [3] в случае улавливания CO2 на угольных электростанциях, энергетический затраты процесса составляют от 0,74 до 1,5 МДж/кг CO2. Ведутся исследования, которые сосредоточены на оптимизации затрат [7]. Для электростанций с низкотемпературным циклом очистки увеличение стоимости электроэнергии в диапазоне 2.85-3.56 центов/кВт·ч, а стоимость захваченного СО2 ~ 38 $/т [8].

Процесс низкотемпературного разделения не требует большого количества сорбентов, которые являются основным источником энергетических затрат. При низкотемпературном разделении затраты энергии направлены только на сжатие, расширение и теплообмен, этот процесс потребляет энергию для изменения фазового перехода и разделения [8].

Процесс низкотемпературного разделения имеет другие преимущества, в том числе эффективное использование существующих капитальных вложений, разделение любых компонентов газовой смеси, и возможность аккумулирования энергии на производстве.

На рис. 2 представлено сравнение экономических затрат на улавливание СО2. Видно, что стоимость уловленного CO2 значительно меньше чем в других процессах. Более низкие затраты обусловлены в основном двумя факторами. Во-первых, более низкие энергетические затраты. Во-вторых, оборудование для этого процесса является относительно простым и недорогим.

Рис. 2. Сравнение стоимости захваченного СО2, $/т, для разных систем.

Тем не менее несмотря на все преимущества данный метод еще не имеет широкого применения на практике, особенно в России, и требует дополнительных исследований. Сегодняшнее развитие технологий сжатия и расширения, позволяют добиться необходимых экономических и технически выгодных решений. В связи с этим задачей следующих исследований будет детальная проработка наиболее выгодной схемы по разделению газов низкотемпературным методом.





Список литературы:

1. Leung D., Caramanna G. An overview of current status of carbon dioxide capture and storage technologies/ D. Leung // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2014. – №39. – p. 426–443.

2. Aaron D., Tsouris C. Separation of CO2 from ue gas: a review/ D. Aaron// Sep Sci Technol. – 2005. – №40. – p. 321–48.

3. Mark J., Christopher S., Bergeson D. Prediction and validation of external cooling loop cryogenic carbon capture (CCC-ECL) for full-scale coal-fired power plant retrofit/ J. Mark// International Journal of Greenhouse Gas Control. – 2015. – №42. – p. 200–212.

4. Лавренченко Г. К., Копытин А. В. Современные технологии извлечения СО2 из дымовых газов тепловых электрических станций/ Г. К. Лавренченко // Технические газы. – 2013. – №1.

5. Тюрина Э. А., Скрипченко О. В. Оптимизационные исследования энерготехнологического производства синтетических жидких топлив и электроэнергии из угля с системой очистки продуктов газификации/ Э.

А. Тюрина // Известия Томского политехнического университета. – 2012. – №4.

6. Brunetti A., Scura F., Barbieri G., Drioli E. Membrane technologies for CO2 separation/ A. Brunetti// J Membr Sci. – 2010. – №359. – p.115–25.

7. Burt S., Baxter A., Bence C., Baxter L. Cryogenic CO2 capture for improved efciency at reduced cost/ S. Burt// Proceedings of the AICHE annual meeting. – 2010. – November 7–12.

8. Baxter L., Baxter A., Burt S. Cryogenic CO2 Capture as a Cost-Effective CO2 Capture Process/ L. Baxter// Sustainable Energy Solutions, Orem, UT



Похожие работы:

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ НАЦИОНАЛЬНЫМ ГОСТР СТАНДАРТ 2 7.6 0 7 РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Надежность в технике. Управление надежностью УСЛО ВИЯ ПРО ВЕДЕНИЯ ИСПЫ ТАНИЙ НА БЕЗО ТКАЗН О С ТЬ И СТАТИСТИ ЧЕСКИ Е КРИТЕРИИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИХ Р...»

«Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства /INTERNATIONAL RENEWABLE ЕNERGY CONGRESS REENCON-XX // Proceedings of the International Renewable Energy Congress XXI: Energy & Economic Efficiency October 27-29 2015, Moscow, С. 362-365 3. Никитин А.В. И...»

«Форум «Электронные закупки» Совершенствование механизмов расходования государственных средств благодаря использованию данных, формируемых системами электронных закупок г. Вена (Австрия) 1-3 декабря 2015 г. Содержани...»

«(095) 785-36-36 www.tetis-pro.ru 9В2.930.376РЭ СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. Описание и работа 1.1. Назначение..3 1.2. Основные тактико-технические характеристики.3 1.3. Состав аппарата..5 1.4. Устройство и работа..7 1.5. Средства измерения, инструмент и принад...»

«МЕЖДУНАРОДНАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ К О МИ С С И Я СТАНДАРТ МЭ К ПУБЛИКАЦИЯ 255—22—1 Издание первое ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОМЕХОЙ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ РЕЛЕ И УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ Ч а с т ь 1. ИСПЫТАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ ПОМЕХОЙ ЧАСТОТОЙ 1 МГц Советскому комитету МЭК предоставлено право издавать стандарты МЭК на русском языке...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОСТ Р СТАНДАРТ 56193 – РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Услуги жилищно-коммунального хозяйства и управления многоквартирными домами УСЛУГИ КАПИТАЛЬНОГО РЕМ...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический униве...»

«Бездушный Алексей Анатольевич Математическая модель интеграции данных на основе дескриптивной логики Специальность 05.13.18 – математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2008 Работа выполнена на кафедре математического м...»

«Федоров Д. Ю. Имитационная модель контроля знаний в автоматизированной среде в нотации сетей Петри // Вестник СПбГЭУ. Серия: Технические науки. Выпуск 8 (75). Санкт-Петербург: СПбГЭУ, 2014. С. 126-129. УДК 37.02; 65.011....»








 
2017 www.pdf.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - разные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.