Перспективы использования углеродных сорбентов компании «Сорбенты Кузбасса» для очистки дымовых газов промышленных предприятий.

Две недели назад мне позвонили сначала из Германии с промышленного предприятия, которое занимается производством метанола, а затем из Китая, где есть большие проблемы с очисткой промышленных выбросов дымовых газов и попросили выслать коммерческое предложение по сорбционной очистке от соединений серы и оксидов углерода. Постарался найти и подготовить для них информацию о разрабатываемых компанией «Сорбенты Кузбасса» углеродных молекулярных ситах и технологиях их применения для очистки воздуха.

Известно, что энергетические, коксохимические и металлургические предприятия являются источниками выбросов в атмосферу коксовых и дымовых газов. Ужесточение требований к отходящим газам промышленных предприятий приводит к необходимости развития технологий очистки дымовых газов. Перспективными методами для очистки дымовых газов и выделения нужных компонентов из них являются сорбционные методы с применением активированных углей, углеродных молекулярных сит, цеолитов и силикагелей.

Компанией «Сорбенты Кузбасса» разработаны оборудование и технология получения углеродных сорбентов, которые являются эффективными в очистке воздуха от метана и оксидов углерода.

Проблема.

Сегодня, наиболее крупным источником выбросов в атмосферу газовых выбросов – оксидов серы (SO2, SO3), оксидов азота NOx, а также оксидов углерода (CO, CO2) – является энергетика. На долю ТЭЦ и ДЭС приходится около 60% дымовых газовых выбросов (и в том числе NOx) от общего поступления в атмосферу.

При сжигании серосодержащего топлива образуется два оксида серы: сернистый ангидрид (SO2) и серный ангидрид (SO3). Оксиды серы, а также образующиеся при соединении в атмосфере с водяным паром кислоты (Н2SO3 и H2SO4) оказывают вредное воздействие на здоровье людей, являются причиной гибели хвойных лесов, плодовых деревьев, снижения урожайности сельскохозяйственных культур, закисления водоемов. Кроме того, оксиды серы являются причиной коррозии стальных конструкций и разрушения различных строительных материалов.

Объём потребления углеродных сорбентов для очистки воздуха в РФ может достигать 30 – 40 тыс. тонн в год (по данным государственной корпорации «Росхимзащита»).

Решение

Компанией «Сорбенты Кузбасса» разработаны углеродные сорбенты для выделения водорода из синтез-газа, коксового газа, продуктов переработки попутных нефтяных газов и газификации углей.

Также компания разрабатывает углеродные сорбенты, эффективные в разделении газовых смесей и очистки воздуха от оксидов углерода, азота и соединений серы, с целью внедрения установок сорбционной очистки газов на ТЭЦ, а также коксохимических и металлургических предприятиях.

Так как сорбционные установки газоразделения потребляют малое количество энергии (являются малоэнергозатратными), компактными, то этот метод перспективен для использования на ТЭЦ и ДЭС для улавливания газовых выбросов и очистки воздуха.

Преимущества использования сорбционных технологий для очистки газовых выбросов:

— эксплуатация возможна в автоматическом режиме или одним работником;

— высокоэффективный способ очистки дымовых газов (СО, СО2, SOx, NOx, СН4), до 90 – 99%;

— технологичность процессов очистки газов;

— эффективный способ выделения водорода из коксового газа, продуктов переработки попутных нефтяных газов, продуктов газификации углей и конверсии метана;

— возможность дальнейшего использования выделяемых компонентов (к примеру, создание производства углекислого газа);

— эффективный способ очистки воздуха с низкой концентрацией загрязнений;

— отсутствие побочных химических продуктов, в отличие от аналогов;

— низкая стоимость углеродных сорбентов и цеолитов, в отличие от катализаторов;

— возможна очистка больших объемов дымовых газов (до 260 тысяч м3/час).

В результате проведения испытаний по очистке воздуха от метана, монооксида и диоксида углерода на исследовательской установке короткоцикловой безнагревной адсорбции с использованием нанопористых сорбентов, полученных из углей Кузбасса, доказано, что разработанные сорбенты являются высокоэффективными в процессах очистки воздуха от данных газов (степень очистки до 99%).

Конкуренты.

Методы селективной очистки (SCR); технология DENOX; методы совместной очистки дымовых газов от оксидов азота и серы: карбамидный, полусухой известняковый и карбамидный с применением комплексов железа, S-H-L-метод с применением комплексных солей железа и извести, метод СОЖ-ТЭЦ, мембранный и адсорбционные методы.

Для сорбционной очистки дымовых газов принципиальное значение имеет стоимость применяемых сорбционных материалов.

Выпускаемые отечественной промышленностью дешевые активные угли с микропористой структурой имеют ряд недостатков для использования в адсорбционной технике для разделения газов (по данным «Каталога активированных углей РФ», В.М. Мухин, 2008).

Снижение выбросов оксидов серы происходит за счет замещения сжигаемых на электростанциях серосодержащих топлив (в основном мазута) природным газом. На сегодня можно говорить лишь о нескольких опытно-промышленных установках. В стадии освоения находится установка на Дорогобужской ТЭЦ производительностью 1 млн. м3/ч газа по аммиачно-циклическому методу и опытно-экспериментальная установка Губкинской ТЭЦ, производительностью 106 тыс. м3/ч газа по мокрому известняковому способу. Введена и испытана ОПУ на Молдавской ГРЭС, использующая аммиачно-озонный метод одновременной очистки газов от окислов азота и серы производительностью 10 тыс. м3/ч газа, на Северодонецкой ТЭЦ испытывалась установка по магнезитово-циклическому методу.

На зарубежных электростанциях (в Германии, Японии, США, Австрии, скандинавских странах и др.) с начала 70-х годов успешно эксплуатируются и сооружаются новые установки по улавливанию окислов серы из дымовых газов. Национальные прграммы по оснащению ТЭС сероочистными установками на ближайшие 10 лет оцениваются в несколько сотен млн. $, в ряде случаев до 2…3 млрд. $.

Несмотря на то, что оснащение сероочистными установками повышает стоимость ТЭС на 25…30% и на 5…15% повышает стоимость тарифов на электроэнергию в США, Японии, Германии, Австрии и др. странах эти установки обязательны для всех новых угольных блоков. Подлежат оснащению сероочистными установками и большинство действующих энергоблоков. Всего в мире оснащено сероочистными установками оборудование установленной мощностью более 135 ГВт.

Существует большое количество методов очистки дымовых газов от SO2, основанных на селективном поглощении серы различными соединениями. Наиболее экономичные мокрые способы очистки имеют один существенный недостаток — ухудшают способность дымовых газов рассеиваться, в результате чего зачастую концентрация SO2 в приземном слое электростанции, несмотря на очистку, оказывается выше допустимых норм.

К особенностям сероулавливающих установок электростанций относится их крупномасштабность. Площадь, занимаемая сероулавливающими установками, соизмерима с площадью основных сооружений электростанции. Эксплуатация сероулавливающих установок связана с потреблением значительного количества реагентов (известняка, извести, аммиака и др.) и образованием соответствующего количества отходов сероулавливания.

Несмотря на большое число использующихся для обессеривания методов, считается, что ни один из них не может быть признан идеальным, а потенциальные возможности сорбционных методов выявлены еще далеко не полностью.

К абсорбционным методам, при которых сернистый ангидрид связывается химически в промывочной жидкости физическим путем посредством молекулярного притяжения, относятся: процесс «IFP» (Французский институт нефти) по которому работает более 40 установок в мире (в том числе 10 в США), процесс Cominco (Cominco Engineering Services Limited), Британская Колумбия, Канада; процессы «Соксал», «Сульф-икс», США; процесс «Elsorb», Норвегия; процессы «E-SOX», «Lids», кампания Бабкок-Вилклкс, США и многие другие.

Производительность наиболее крупной установки «Сульфосорбон» для очистки отходящего воздуха составляет 400 тыс. м3/ч. В процесс ««Тиокарб» на 1 т сероуглерода расходуется 10 т водяного пара, 150 м3 воды, 700 кВт-ч электроэнергии, 2 кг активного угля и 10 кг газообразного аммиака.

Так как большая часть рынка контролируется крупными компаниями, то потенциальные заказчики технологий и оборудования для очистки дымовых газов ТЭЦ имеют возможность выбрать наиболее подходящее технологическое решение. Однако, часто заказы на разработку, проектирование и изготовление очистных установок попадают в молодые инжиниринговые компании, имеющие узкую направленность и решающие конкретные задачи.