Улавливание CO2 крупным планом
12 Sep 2023
Для укрепления нового важнейшего фронта борьбы с изменением климата компания GEA разработала комплекс решений по улавливанию CO2, отвечающих потребностям основных промышленных источников загрязнения выбросами.
В борьбе с изменением климата постепенное внедрение возобновляемых источников энергии, экологичных видов топлива и энергосберегающих технологий, конечно, поможет, но использование только этих мер не решит проблему. В ближайшей перспективе решающее значение будет иметь улавливание CO2 в точечных источниках для его повторного использования или подземного хранения в течение длительного времени. Улавливание CO2, по существу, в широком понимании рассматривается как наиболее важное краткосрочное решение для ограничения выбросов CO2 и достижения климатических целей в мире.1
Улавливание CO2 уже несколько десятилетий используется для переработки природного газа в товарное топливо или закачки извлеченного CO2 в нефтяные месторождения для повышения их нефтеотдачи. Но для современных промышленных предприятий тяжелой промышленности, выбрасывающих CO2, его улавливание — это фактически новая территория. И если нефтегазовые компании всегда имели четкие экономические стимулы для выделения CO2 из своей продукции, то этого нельзя сказать о производителях цемента или стали. Например, в Европе эти промышленные источники загрязнения выбросами сталкиваются с необходимостью инвестировать в системы улавливания CO2 и, соответственно, повышать цены на свою продукцию, конкурируя при этом с производителями в тех странах, где отсутствует законодательство по ограничению выбросов CO2. И они не могут позволить себе ждать. Требования по защите климата со стороны регулирующих органов, широкой общественности и самой планеты звучат все громче и настойчивее.
Вкратце: современные промышленные источники загрязнения выбросами нуждаются в быстром, эффективном и экономичном способе улавливания и утилизации CO2.
Миссия GEA по улавливанию CO2
Являясь давним поставщиком решений для борьбы с выбросами, компания GEA теперь сосредоточила свои усилия на том, чтобы помочь предприятиям с высоким уровнем выбросов начать работу по улавливанию CO2. «Чтобы реализовать идею улавливания CO2, она должно стать дешевле и проще для внедрения в различных отраслях промышленности», — говорит д-р Феликс Ортлофф, старший директор GEA Carbon Capture Solutions. Ортлофф и его команда сосредоточили свое внимание на пяти отраслях промышленности — цементной, металлургической, стекольной, химической и биоэнергетической — и разработали комплекс решений по улавливанию CO2 с учетом их специфических потребностей. «Во-первых, многие из этих компаний должны реагировать на изменения в законодательстве и следовать своим собственным путям достижения нулевого уровня выбросов, поэтому им необходимо приступить к работе в срочном порядке, — говорит Ортлофф. — Во-вторых, без масштабных субсидий они, скорее всего, захотят начать с малого или среднего масштаба, чтобы иметь возможность управлять затратами на проект и в перспективе расширить масштабы на следующем этапе развития. В-третьих, они ищут решение с ограниченной сложностью; в данном случае один поставщик оказывает помощь путем снижения ограничений по границам проектирования. Наконец, они хотят получить решение, которое можно интегрировать в их производственный процесс без его остановки».
Для удовлетворения этих запросов компания GEA разработала комплексный портфель решений по улавливанию CO2, состоящий из четырех основных компонентов.
- XECO Waste-Heat-Recovery — для максимальной экономии: тепло из технологических процессов предприятия и дымовых газов используется для получения значительной доли тепловой энергии, необходимой для извлечения CO2 .
- Предварительная очистка газов SETO — для обеспечения максимальной эффективности и долговечности: из дымовых газов удаляются вредные микрокомпоненты, что обеспечивает максимальную долговременную стабильность химического состава для улавливания CO2.
- Установки для улавливания углекислого газа CEBO — четыре установки улавливания CO2 на основе аминов различных размеров предлагают заказчикам экономичное и легко интегрируемое решение, соответствующее их целям.
- Использование и изоляция CO2 NAVO — решения по очистке, сжижению, кондиционированию и транспортировке CO2 позволяют клиентам избавиться от уловленного CO2 для его повторного использования в промышленном производстве или долгосрочного хранения
По мнению Ортлоффа, обширный опыт GEA в области контроля выбросов, рекуперации отработанного тепла, сжижения и повторного использования CO2, а также ее ключевые навыки в области проектирования, монтажа и масштабирования промышленных технологических линий дают ей преимущество перед конкурентами. «Десятилетия опыта в области очистки отходящих газов позволяют нам предложить более стандартизированную и простую концепцию конструкции с использованием экономичных и в то же время более долговечных материалов, — говорит он. — Мы также обладаем достаточными финансовыми возможностями для реализации крупных проектов по очень конкурентоспособным ценам в сравнении с некоторыми известными игроками в этой сфере. Кроме того, мы гарантируем высокую производительность, поэтому связанный с реализацией проекта риск для наших заказчиков очень низок».
Решения GEA по улавливанию CO<sub>2</sub> для оптимального и экономичного снижения его выбросов.
Экономическая эффективность благодаря рекуперации тепла
Наиболее энергоемким этапом процесса улавливания CO2 является нагрев раствора амина в термическом ребойлере для десорбции и отделения газообразного CO2. Решение GEA XECO по рекуперации отработанного тепла позволяет максимально эффективно использовать имеющееся на заводе отработанное тепло для энергообеспечения этого этапа технологического процесса и минимизации эксплуатационных затрат.
«Некоторые из флагманских проектов по улавливанию CO2 сегодня пользуются щедрым государственным финансированием, что необходимо для получения опыта работы с новой технологией, но подавляющему большинству промышленных источников загрязнения выбросами придется финансировать улавливание CO2 самостоятельно. Использование в процессе улавливания CO2 рекуперированного тепла — это отличный способ минимизировать затраты»,— подчеркивает д-р Феликс Ортлофф, старший директор подразделения Carbon Capture Solutions в GEA
— подчеркивает д-р Феликс Ортлофф, старший директор подразделения Carbon Capture Solutions в GEA
Как отмечает Ортлофф, эффективная система рекуперации отходящего тепла также должна быть спроектирована с учетом специфических свойств дымового газа предприятия. Еще одним важным фактором является выбор подходящего теплоносителя — термомасла или пара. «Компания GEA имеет богатый опыт использования избыточного тепла из промышленных процессов и дымовых газов для повышения энергоэффективности своих предприятий, — говорит Ортлофф. — Одной из проблем рекуперации тепла, например, на цементных заводах, является высокая запыленность дымовых газов сушильных печей, которая может серьезно повлиять на долговечность теплоутилизационной установки. Наша система утилизации отработанного тепла XECO уже доказала свою способность работать в таких условиях в течение многих лет, сохраняя при этом очень хорошие показатели теплопередачи».
Производители стекла также уже более десяти лет используют решение XECO компании GEA для повышения энергоэффективности. «Поскольку при производстве стекла выделяется достаточно большое количество отходящего тепла, наше решение по улавливанию CO2 может помочь им добиться удаления значительного объема CO2 — примерно 40–50% — практически без дополнительных энергозатрат», — говорит Ортлофф.
Предварительная обработка газа для обеспечения долговременной высокой производительности
В течение многих лет компания GEA поставляет решения по контролю выбросов для цементной, металлургической, стекольной, химической и биоэнергетической промышленности. «Каждая отрасль промышленности имеет свой профиль дымовых газов, и правильная предварительная очистка отходящих газов имеет решающее значение для обеспечения оптимальной эффективности улавливания CO2», — говорит Ортлофф. Это связано с тем, что стандартные отходящие газы в этих отраслях промышленности содержат следовые компоненты, в частности, оксиды азота (NOx), оксиды серы (SOx), аэрозоли и такие твердые частицы, как пыль, которые негативно влияют на стабильность раствора амина, используемого для улавливания и удаления CO2.
Предварительная очистка также включает контроль влажности дымовых газов. «Нам необходимо поддерживать стабильную концентрацию воды в растворе амина, — поясняет Ортлофф. Если содержание воды в дымовых газах слишком высокое или слишком низкое, это также негативно скажется на производительности». Предварительная очистка дымовых газов GEA также снижает риск образования отложений в системе улавливания CO2, что существенно влияет на расходы по техобслуживанию.
Знание уникальных особенностей дымовых газов в каждой из этих отраслей промышленности помогло компании GEA разработать решение по предварительной очистке газов SETO, обеспечивающее возможность индивидуальной конфигурации линии очистки газов. «Наш опыт в области предварительной очистки газов позволяет нам легко интегрировать процесс сепарации CO2 в газовую линию любого заказчика, что обеспечивает снижение эксплуатационных расходов и повышает эффективность улавливания CO2», — говорит Ортлофф.
Гибкое улавливание CO2
Установки для улавливания CO2 CEBO компании GEA основаны на современной технологии улавливания CO2 на основе аминов. При этом дымовые газы производства пропускаются через аминовый раствор, который удаляет CO2 путем абсорбции; затем раствор нагревается для выделения чистого CO2 для последующего повторного использования или хранения. Несмотря на то что в нефтегазовой отрасли эта методика уже широко используется, сегодняшняя задача состоит в том, чтобы быстро и по доступной цене внедрить улавливание CO2 в ряде других отраслей промышленности с высоким уровнем выбросов. «Улавливание CO2 с помощью аминов в нефтегазовой промышленности обычно связано с реализацией крупных проектов с очень большими объемами газа, которые требуют больших затрат на строительство, установку и эксплуатацию, — говорит Ортлофф. — Это просто не соответствует потребностям наших целевых отраслей — цементной, сталелитейной, стекольной, химической или биоэнергетической, где имеются различные объемы газа и бюджеты. Чтобы обслуживать эти отрасли, нам нужен более простой и гибкий подход».
GEA предлагает четыре установки улавливания CO2 различного масштаба — от 16 до 200 тысяч тонн отделяемого CO2 в год, исходя из среднего количества отработанного тепла, имеющегося в различных отраслях промышленности.
«Для крупного цементного завода доступное отходящее тепло может позволить нам на первом этапе улавливать 20% CO2 из дымовых газов; для стекольного завода этот показатель может составлять 40-50%»,— сообщает д-р Феликс Ортлофф, старший директор подразделения Carbon Capture Solutions в GEA. —
— сообщает д-р Феликс Ортлофф, старший директор подразделения Carbon Capture Solutions в GEA. —
«Биоэнергетика интересна тем, что мы можем достичь чистого отрицательного антропогенного выброса CO2 при условии изоляции CO2. Это связано с тем, что улавливаемый CO2 изначально образуется в процессе роста биомассы — это можно назвать естественным прямым улавливанием воздуха».
Установки для улавливания CO2 CEBO компании GEA имеют простую модульную конструкцию. Стандартные 40-футовые контейнеры, используемые в качестве «конструктивного блока», предварительно собираются для выполнения быстрой установки и имеют боковые двери для удобного доступа и обслуживания. В установках улавливания CO2 CEBO используются такие коррозионностойкие материалы, как термопластик или нержавеющая сталь. Самооптимизирующаяся система управления имеет функцию дистанционной поддержки, что обеспечивает простоту эксплуатации и возможность быстрой технической поддержки клиентов.
Утилизация и изоляция для защиты климата
Чтобы добиться положительного влияния на климатический баланс компании, уловленный CO2 должен быть либо изолирован, например, с помощью долгосрочного подземного хранения, либо использован вместо добываемого CO2 для производства таких товаров, как напитки или топливо. Поскольку рынок и инфраструктура для утилизации и хранения уловленного CO2 являются относительно новыми, это может представлять дополнительную проблему для компаний, начинающих работу по улавливанию CO2 .
- Какие варианты повторного использования, хранения или транспортировки существуют?
- Какие требования должны быть выполнены с точки зрения чистоты, агрегатного состояния, давления и температуры?
- И каким образом компания может обеспечить стабильное соблюдение этих требований в течение длительного времени?
Решения NAVO по использованию и изоляции CO2 компании GEA опираются на ее многолетний опыт в области химической переработки, включая сжижение, кондиционирование, транспортировку и повторное использование CO2. «Мы можем при необходимости кондиционировать CO2 и подготовить точку подключения для модульной транспортировки или подачи по трубопроводу, — говорит Ортлофф. Для повторного промышленного использования наиболее часто используется транспортировка в охлажденном жидком состоянии в автомобильных или железнодорожных цистернах, причем в Европе (EIGA) для использования в пищевых продуктах и напитках требуется чистота не менее 99,9%.2 Например, для транспортировки по трубопроводам и хранения требования будут другими». Поскольку транспортные расходы на перевозку сжиженного CO2 достаточно высокие, GEA рекомендует предприятиям найти потенциальных потребителей CO2 рядом с собой и предлагает помощь в определении спецификаций границ установки.
- Благодаря длительной работе в пивоваренной промышленности, компания GEA имеет опыт извлечения пищевого CO2 для его повторного использования в производстве напитков.
- В сотрудничестве с промышленными партнерами GEA может синтезировать метанол из CO2 и H2 для использования в качестве топлива, топливной добавки или исходного материала в химической промышленности.
- Кроме того, GEA обладает опытом производства карбонатов из извлеченного CO2 для использования в различных отраслях промышленности, включая стекольную, фармацевтическую и целлюлозно-бумажную. «Благодаря большому опыту GEA в области технологий кристаллизации мы можем предоставлять технологии для проектов по производству карбонатов/бикарбонатов в объеме нескольких сотен тонн в сутки», — говорит Ортлофф.
- Для повышения универсальности GEA предлагает возможность промежуточного хранения извлеченного CO2.
- Кроме того, тепловая энергия, получаемая при охлаждении и сжатии CO2 , может быть повторно включена в систему теплообмена для повышения ее общей эффективности.
Маленькие шаги для достижения устойчивого успеха
В 2021-м году компания GEA приступила к разработке своего портфеля решений по улавливанию углерода, потому что она осознала возможность использования своего технологического опыта длиной в несколько десятилетий в создание нового важнейшего направления в борьбе с изменением климата. Она также понимает, что в таких отраслях промышленности с большим объемом выбросов, как цементная и черная металлургия, улавливание CO2 придется начинать с небольших установок, прежде чем переходить к более масштабным установкам. «Мы спроектировали нашу установку для улавливания CO2 таким образом, чтобы достичь 90% удаления CO2 , и пилотный проект подтвердил нашу способность добиться этого», — говорит Ортлофф.
«Но в краткосрочной перспективе полное удаление для большинства компаний нереально. Пока же предприятиям, являющимся источниками выбросов, придется соизмерять стоимость инвестиций в улавливание CO2 со стоимостью квот на выброс CO2 и продолжать использовать оба варианта. Поскольку квоты становятся все менее доступными и все более дорогими, компании будут вынуждены вкладывать все больше средств в улавливание CO2 »,— сообщает д-р Феликс Ортлофф, старший директор подразделения Carbon Capture Solutions в GEA.
— сообщает д-р Феликс Ортлофф, старший директор подразделения Carbon Capture Solutions в GEA
В ближайшем будущем требования акционеров, ужесточение нормативных требований, более серьезная государственная поддержка или устойчивый рынок улавливаемого CO2 — или все вышеперечисленное — вполне могут побудить промышленные предприятия улавливать больший процент выбросов CO2 для его повторного использования и хранения. «Мы готовы к этому и ждем этого с нетерпением, — говорит Ортлофф. — А пока мы можем помочь крупным предприятиям, являющимся источниками выбросов, добиться более скромных успехов уже сегодня с помощью быстрого, экономически эффективного и масштабируемого решения. Если цементный завод сможет достичь извлечения 20% CO2 , он сделает важный шаг вперед и окажется в гораздо более выгодном положении для наращивания мощностей в дальнейшем».
