- •Оглавление
- •Введение
- •1. Плазма в химической технологии
- •1.1. Основные предпосылки использования плазмы в химических процессах
- •1.2. Плазмохимические процессы
- •2. Генераторы низкотемпературной плазмы
- •2.1. Выбор типа разряда и конструкции плазмотрона
- •2.2.Электродуговые плазмотроны
- •2.3. Высокочастотные плазмотроны
- •3. Теоретические основы плазмохимических процессов
- •3.1. Термодинамика плазмохимических процессов
- •3.2. Термодинамический анализ процессов превращения углеродсодержащих веществ в квазиравновесной низкотемпературной плазме
- •Энергии (энтальпии) энергоносителя Кривая 1 2 3 4 5 6 7
- •3.3. Кинетика плазмохимических процессов
- •Применимость классической химической кинетики к плазмохимическим процессам
- •3.4. Некоторые кинетические особенности и механизм превращения твёрдых углеродсодержащих веществ в плазме
- •4. Плазмохимическая переработка углеродсодержащего сырья
- •4.1. Научное обоснование плазмохимической переработки углеродсодержащих соединений
- •Промышленная реализация плазмохимического получения ацетилена из газообразных и жидких углеродсодержащих соединений
- •4.2.3. Плазмохимическое получение ацетилена из угля
- •Пребывания, с:
- •4.3. Плазменная конверсия углеродсодержащего природного сырья
- •Показатели процесса плазменной газификации подмосковного бурого угля и горючего сланца Джамского проявления
- •Характеристика твёрдого остатка плазменной паровой газификации горючего сланца
- •Распределение металлов в продуктах плазмохимической переработки горючих сланцев Джамского проявления
- •Содержание различных элементов в исходном сланце и степень их концентрирования в шлаке плазмохимической переработки (мас.%)
- •Баланс распределения рения в продуктах плазмохимической переработки горючих сланцев
- •Баланс распределения урана в продуктах плазмохимической переработки горючих сланцев
- •Сравнительная оценка различных способов получения водорода по сырьевым и энергетическим расходным показателям*)
- •Сырья плазменным способом:
- •4.4. Плазменное получение технического углерода (сажи)
- •В состав производства сажи входят:
- •4.5. Совмещение процессов пиролиза и газификации в одном блоке. Эксергетический и термоэкономический анализ этой энерготехнологической системы
- •Парокислородной газификацией
- •Описание технологических схем
- •5. Плазмохимическая переработка промышленных и бытовых отходов
- •Углеводородный, хлоруглеводородный вариант
- •Топливный вариант
- •Сажевый вариант
- •6. Плазменно-энергетические технологии использования твёрдых топлив для снижения выброса парниковых газов
- •Заключение
- •Рекомендованная литература
- •Переработка углеродсодержащих веществ в высокотемпературной плазме
6. Плазменно-энергетические технологии использования твёрдых топлив для снижения выброса парниковых газов
Подавляющее число долгосрочных прогнозов мирового топливного баланса подтверждают, что уголь останется наиболее значительным из доступных невозобновляемых источников энергии до 2050 г.
Однако существующие технологии использования твёрдых топлив не в полной мере удовлетворяют современным требованиям к повышению эффективности топливоиспользования и обеспечению эколого-экономических показателей энергетических объектов. Сжигание низкосортных углей в пылеугольных котлах для производства электроэнергии традиционно представляет трудности, и, кроме того, использование низкосортных углей существенно снижает эколого-экономические показатели ТЭС вследствие выброса вредных газов (NОх, SОх, СО) и летучей золы.
Традиционные рекомендации по снижению выбросов парниковых газов (СО2, SО2, NО и др.), главным из которых по объёму эмиссии является диоксид углерода, сводятся, во-первых, к увеличению доли ГЭС и АЭС в энергетическом балансе и, во-вторых, к необходимости замещения сжигания твёрдых топлив (основным горючим компонентом которых является образующийся СО2) углеводородными топливами, преимущественно природным газом.
Что касается ГЭС и АЭС, то проблемы увеличения выработки электрической и тепловой энергии с их помощью общеизвестны: практически полное отсутствие для строительства новых ГЭС неиспользованных гидроресурсов, обеспечение безопасной работы АЭС и необходимость надёжного захоронения всё возрастающего количества отработанных ядерных топлив.
В-третьих, для снижения выбросов СО2 рекомендуется его улавливание из дымовых газов с последующей консервацией (сохранением). Предлагаемые способы консервации СО2 заключаются, как правило, в фиксации диоксида углерода в виде «сухого льда», закачиванию СО2 в подземные полости (естественные и искусственные, например, подземные карстовые пещеры, шахты, горные выработки и т.д.), а также в океанские глубины с последующим растворением в морской воде.
Учитывая, что извлекаемые мировые запасы угля в 5 раз превышают запасы нефти и в четыре раза – природного газа (данные 2000 г.), а также особую важность для мировой цивилизации переработки нефти и газа в моторное топливо и различные химические продукты, которые в обозримой перспективе невозможно производить в необходимых количествах из твёрдых топлив, увеличению доли угля в мировом энергетическом балансе нет альтернативы. Заметим, что в 2000 г. доля угля в мировом топливном балансе уже составляла около 40%.
Основным назначением плазменно-энергетических технологий является повышение эколого-экономической эффективности использования угля для замещения газа и мазута в топливном балансе ТЭС и котельных.
Плазменно-энергетические технологии (ПЭТ) включают безмазутные (безгазовые) способы растопки котлов и подсветки пылеугольного факела, стабилизации выхода жидкого шлака в топках с жидким шлакоудалением, плазменную газификацию и комплексную переработку углей.
К известным преимуществам ПЭТ относятся снижение выбросов оксидов СОх и NОх за счёт подавления образования топливных оксидов серы и азота и повышение эффективности сжигания твёрдых топлив путём уменьшения механического недожога топлива. Тем самым для выработки 1 кВт.ч электроэнергии или 1 Гкал тепловой энергии с использованием ПЭТ сжигается меньшее количество топлива и выделяется меньшее количество СО2 и соответственно меньше выбросы NОх и SОх. Иными словами, удельные выбросы парниковых газов при выработке единицы электрической или тепловой мощности заметно снижаются. В частности, использование ПЭТ только на пылеугольных ТЭС приводит к сокращению выбросов СО2 на 10-15 г на 1 кВт.ч вырабатываемой электроэнергии за счёт снижения механического недожога топлива на 40-50%.
При плазменной газификации и комплексной переработке углей для увеличения водородной составляющей в качестве газифицирующего агента используют водяной пар.
Теплота сгорания получаемого синтез-газа на 10-15% выше теплоты сгорания исходного угля. При этом синтез-газ не содержит оксидов азота и серы. Таким образом, широкое использование ПЭТ в энергетике приведет к снижению выбросов парниковых газов даже при сжигании угля.