Работа посвящена способам и устройствам для борьбы с парниковым эффектом. При сгорании любых топлив у нас образуется углекислый газ, при этом объем углекислого газа возрастает примерно в 3000-3700 раз по сравнению с его конденсированным состоянием. Мы предлагаем решать данную проблему таким образом, чтобы переводить этот углекислый газ в конденсированное состояние, например, вводя в турбулентные газовые потоки ТЭЦ различные жидкости, содержащие щелочные компоненты.

Наша работа посвящена способам и устройствам для борьбы с парниковым эффектом. При сгорании любых топлив у нас образуется углекислый газ, при этом объем углекислого газа возрастает примерно в 3000-3700 раз по сравнению с его конденсированным состоянием. Мы предлагаем решать данную проблему таким образом, чтобы переводить этот углекислый газ в конденсированное состояние, например, вводя в турбулентные газовые потоки ТЭЦ различные жидкости, содержащие щелочные компоненты. При этом в результате щелочной химической реакции будут образовываться карбонаты, которые и будут способствовать уменьшению концентрацию углекислого газа в отработанных газах. В данном случае показано образование соды, хотя в таких водах могут содержаться и карбонаты натрия, магния, калия, возможно образование карбонатов других металлов.

Сгорание углерода

Для того чтобы решить данную проблему невозможно выбирать каждый уголь и смотреть, какое количество будет образовываться углекислого газа, какая будет, например, зольность у этого угля. При разработке инженерно-технических методов борьбы с парниковым эффектом при сжигании каменных и бурых углей необходимо иметь осредненный состав углей для больших регионов мира и Земного шара в целом. Такие данные получены нами по 110 крупнейшим месторождениям бывшего СССР с использованием статистических методов. Определен виртуальный состав этого угля и зольность: углерод, водород, азот, кислород, сера и соответственно зола.
 
Элементарный состав горючей массы виртуальных каменных углей
х – содержание элементов и золы, %
у – количество месторождений, %

По содержанию оксидов в золах каменных углей тоже были сделаны данные кривые распределения. Кривые распределения строились не только в дискретные, вариационные ряды, но и в интервальные интеграционные ряды, то есть были рассчитаны и дисперсия, и среднеквадратическое отклонение, и другие параметры. Соответственно, если посмотреть на эти кривые распределения, то для, например, системы щелочных оксидов натрия и калия используется среднеквадратичное, среднеарифметическое значение содержания. Для оксида кальция – тоже используется среднеарифметическое значение. Для магния и кремния мы использовали соответствующие моды.

Содержание оксидов в золах каменных углей
у – количество месторождений,%
х – содержание оксида, %

После этого, когда было получено примерное содержание угля, было рассчитано, какой объем углекислого газа образуется при сжигании, какой образуется объем воды, азота, оксида азота и оксида серы.

Виртуальный состав газовой фазы при полном сгорании каменных углей

Суммарное осредненное содержание оксидов щелочных и щелочноземельных металлов в виртуальных золах и шлаках равно 9,82 %. Соответственно мы приходим к следующему выводу: при полном их использовании удастся связать в карбонаты не более 1% диоксида углерода. То есть получается недостаточно щелочности вод после шлакоочитски. Для того чтобы повысить ее возможно, например, добавление в эти воды отходов глиноземо-перерабатывающих предприятий. Тогда щелочность может возрасти, и соответственно мы можем также повысить связываемость углекислого газа.
Но, если обратиться к предыдущему рисунку, то там видно, что присутствует большое содержание воды. Мы сейчас изучаем кинетику взаимодействия углекислого газа с водой. Углекислый газ, как известно, очень хорошо растворяется в воде. При этом образуется либо система, содержащая углекислый газ-вода, либо можно говорить об образовании угольной кислоты. Хотя принято считать, что она неустойчива, но какие-то гидрокарбонаты все равно образуются. Если в газовом потоке охлаждать эту систему, то тогда будет повышаться поглощение углекислого газа водой, что будет приводить к уменьшению выбросов углекислого газа.

Зависимость растворимости СО2 в воде от температуры

Эта зависимость была построена по справочным данным. С ростом температуры идет уменьшение растворимости углекислого газа. Но при понижении температуры наблюдается повышение растворимости углекислого газа. Что можно использовать для борьбы с парниковым эффектом.
Суммарное содержание CO2 и H2O в продуктах сгорания составляет 98% масс. или 98,6% объемных. Следовательно, более значительного эффекта можно достичь, воздействуя на равновесие и кинетику образования – диссоциации угольной кислоты.

Анциферов Евгений Александрович,

Иркутский Государственный Технический Университет.
По материалам 3-й международной научно-практической конференции «Рециклинг, переработка отходов и чистые технологии», проходившей в рамках 4-й Международной специализированной выставки-форума «Wasma/Оборудование и технологии для сбора, переработки и утилизации отходов».