Стадии процесса сжигания угля и утилизации дымовых газов:

1. Разделение воздуха

В специальной установке удаляется азот, доля которого в воздухе достигает 78%. Существенным недостатком технологии являются большие энергозатраты на процесс разделения, существенно снижающие эффективность станции в целом.

2. Сжигание топлива

В котле происходит сгорание угля и образование пара, который приводит во вращение турбину. Кислородно-угольная смесь сгорает при более высоких температурах, чем воздушно-угольная. Для того, чтобы снизить температуру часть отходящих дымовых газов возвращается в котел.

3. Удаление золы из дымовых газов

Для удаления золы используются электромагнитные фильтры.

4. Удаление оксидов серы

Из дымовых газов удаляется оксид серы (SO₂), который при попадании в атмосферу может стать причиной кислотных дождей. Для удаления этого соединения в поток дымовых газов подается струя из смеси воды и известняка. SO₂ вступает в реакцию и образуется гипс, который в дальнейшем может использоваться в строительстве.

5. Охлаждение и конденсация

На этом этапе дымовые газы охлаждаются, в результате чего пары воды конденсируются. Поскольку азот был удален из воздуха еще до попадания в котел, в дымовых газах отсутствуют опасные соединения азота (NOx). После прохождения этого этапа дымовые газы представляют собой практически чистый поток углекислого газа.

6. Сжатие углекислого газа

Содержание СО2 в дымовых газах на этом этапе достигает 95%. При давлении около 70 атмосфер газа становится жидким, напоминающим по плотности тяжелую нефть. После этой стадии углекислый газ готов к транспортировке и захоронению.

Компания Vattenfall продолжает исследовать потенциал и двух других технологий – удаления углекислого газа в дымовых газах после сжигания (метод postcombustion) и до сжигания (метод precombustion).

Метод «pre-combustion»

Отличие метода состоит в том, что на первом этапе уголь подвергается газификации (нагреванию) в результате чего получается синтетический газ и твердый остаток. Затем синтетический газ проходит ряд ступеней очистки и подвергается химической реакции, в ходе которой содержащийся в синтезгазе монооксид углерода (СО) преобразуется в водород (H₂) и углекислый газ (CO₂). Углекислый газ удаляется из синтеза-газа при помощи жидкого абсорбента. Оставшийся водород сжигается в газовой турбине. В отдельной установке углекислый газ восстанавливается и затем подвергается сжатию.

Метод «post-combustion»

В этом методе уголь сжигается, смешиваясь с воздухом в обычном котле. Затем происходит удаление золы и SO2, после чего при помощи жидкого абсорбента удаляется углекислый газ. Главный минус этого метода в том опасный оксид азота (NOx) попадает в атмосферу.

Метод «post-combustion»

Последняя стадия процесса утилизации углекислого газа – это захоронение его в подземных хранилищах, где он должен оставаться тысячи лет.

Для наиболее эффективной транспортировки углекислый газ должен быть сжижен при давлении около 70 атмосфер. Транспортировка возможна при помощи трубопроводов, танкеров, цистерн.

Захоронение газа на глубине 800 метров и более дает гарантию сохранения давления, то есть газ будет оставаться  в жидкой фазе. Для хранилища подойдут достаточно распространенные области с пористыми породами. Например, может быть использован известняк, треть объема которого составляют поры. Над пористыми должны находится плотные породы (например глина), формирующие герметичный колпак, сохраняющий давление в хранилище.

В качестве хранилищ могут быть использованы:

• месторождения газа и нефти (причем как выработанные так и действующие). Эти хранилища доказали свою герметичность. Если бы эти области были не герметичными, не было бы и месторождений нефти и газа.
• подземные резервуары соленой воды. СО₂ будет надежно хранится в таких резервуарах, подобно тому, углекислый газ хранится в бутылках с газированной минеральной водой.
• неиспользуемые угольные месторождения. Уголь так же имеет микропоры, которые могут быть заполнены углекислотой.

Согласно последним исследованиям, емкости всех известных месторождений нефти и газа достаточно, чтобы закачивать в них весь объем эмиссии СО₂ на планете в течение 40 лет. Емкость резервуаров соленой воды, по мнению ученых, в 100 превышает емкость нефтяных и газовых месторождений. Таким образом, на земле вполне достаточно емкостей для захоронения углекислого газа в течение нескольких веков. Проблема только в том, что емкости размещены крайне неравномерно. В Индии и Японии, например, их практически нет. С другой стороны, это открывает новые возможности для бизнеса в беднейших странах, которые могли бы представлять свои хранилища развитым странам за плату.

С анализом российского рынка угля Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок угля в России».

Подготовлено по материалам BBC и Vattenfal