Техніко-економічний аналіз двоступеневої мембранної системи вловлювання діоксиду вуглецю з димових газів ТЕС

Анотація

Вловлювання CO₂ після згоряння палива є перспективним методом зниження антропогенного впливу людини на навколишнє середовище. Відділення вуглекислого газу можна здійснювати безпосередньо з димових газів на електростанціях та промислових підприємствах. Мембрани розглядаються як ефективна технологія уловлювання діоксиду вуглецю, вони вирізняються простотою інтеграції, відсутністю небезпечних реагентів, фазових переходів та високим потенціалом для ефективної декарбонізації. Їхня продуктивність зростає при підвищеному вмісті CO₂ у продуктах згоряння. В статті досліджено енергетичну ефективність та економічну доцільність використання мембранних технологій для вловлювання діоксиду вуглецю із димових газів. Розроблено принципову схему двоступеневої каскадної установки та запропоновано оптимальну конфігурацію мембранних модулів для розділення газової суміші. В якості розділювального бар’єра прийнято полімерну мембрану Polaris компанії MTR. Проведено розрахунок масообміну, визначено необхідну площу мембрани і енергетичне споживання обладнання. Проведено числові розрахунки по визначенню енергетичного штрафу системи залежно від величини вилучення. Враховано основні фізичні особливості процесу, зокрема зниження рушійної сили при вичерпанні парціального тиску діоксиду вуглецю та зростання паразитного потоку баластного азоту крізь мембрану в зоні глибокого вилучення. Отримано графіки залежності собівартості та енергоспоживання від глибини вилучення на кожному ступені каскаду. Обґрунтовано вибір оптимального робочого режиму на рівні 65% вилучення першого ступеня, що відповідає питомій собівартості чистого продукту 45$/тонну при загальному енергетичному штрафі 11,74%. Результати дослідження дають підстави стверджувати, що використання оптимізованих каскадних мембранних систем є конкурентоспроможним рішенням для декарбонізації енергетичного сектору України