Кіріспе

Интегралды газдандырудың біріктірілген циклі (IGCC) – көмірді және басқа көміртегі негізді отындарды жоғары қысымдағы газдандырғыш арқылы қысыммен газға – синтез газына (сингазға) айналдыратын технология. Ол электр энергиясын өндіру циклына дейін синтез газынан қоспаларды тазарта алады. Күкірт сияқты кейбір ластаушы заттарды Клаус процесі арқылы қайта пайдалануға болатын қосалқы өнімдерге айналдыруға болады. Бұл күкірт диоксидінің, түйіршіктердің, сынаптың және кейбір жағдайларда көмірқышқыл газының шығарылымын азайтады. Қосымша процестік жабдықтармен су газын алмастыру реакциясы газдандыру тиімділігін арттырып, көміртек моноксидін көмірқышқыл газына айналдыру арқылы оның шығарылымын төмендетеді. Алмастыру реакциясынан пайда болған көмірқышқыл газын бөліп, қысып, секвестрлеу арқылы сақтауға болады. Алғашқы жанудан және синтездік газбен қуаттандырудан артық қалған жылу бу циклына беріледі, бұл аралас циклді газ турбинасына ұқсас. Бұл процесс дәстүрлі көмірді ұнтақтауға қарағанда термодинамикалық тиімділікті жақсартады.

Маңыздылығы

АҚШ және көптеген басқа елдерде көмір көп мөлшерде кездеседі, ал оның бағасы соңғы жылдары салыстырмалы түрде тұрақты сақталып келеді. Дәстүрлі көмірсутекті отындар – мұнай, көмір және табиғи газ – ішінде, көмір әлемдік электр энергиясының 40% өндірілуіне шикізат ретінде қолданылады. Қазба отынның тұтынуы және оның климаттың өзгеруінің зиянды салдарынан туындаған үлкен көлемдегі эмиссияға (шығарындыларға) тигізетін үлесі маңызды мәселеге айналуда. Атап айтқанда, көмірде мұнай мен табиғи газға қарағанда бір БТУ-ға шаққанда көбірек CO2 бар, және ол отынды жағудан болатын CO2 эмиссиясының 43% құрайды. Сондықтан, газдандыру және жану алдындағы көміртегінің улануын қамтамасыз ететін IGCC технологиясы аталған алаңдаушылықтарды шешудің бір жолы ретінде талқыланып жатыр.

Процесс туралы жалпы түсінік

Қатты көмір синтетикалық газ, немесе сингыз өндіру үшін газдандырылады. Сингаз көмірді жабық, қысыммен жұмыс істейтін реакторда, оттегінің жетіспеушілігінде газдандыру арқылы синтезделеді. Оттегінің жетіспеуі көмірдің толық жанудың орнына, жылу мен қысымның әсерінен ыдырауын қамтамасыз етеді. Көмір мен оттегі арасындағы химиялық реакция көміртек пен сутектің қоспасын, яғни сингызды құрайды. CxHy + (x/2)O2 → (x)CO + (y/2)H2. Сингаз өндірісінен алынған жылу салқындату суынан бу жасауға пайдаланылады, ол әрі қарай бу турбинасында электр энергиясын өндіруге қолданылады. Сингазды тазартылған отын алу үшін, жағу алдында CO2 және басқа да қоспаларды жоюға арналған бөліп алу процесінен өтуі қажет. Қоспаларды бөлу үшін үш қадам керек: Су газын ауыстыру реакциясы. Су газын ауыстыратын реакторда CO + H2O → CO2 + H2 реакциясы жүзеге асады. Бұл жаққанда тиімдірек болатын, сутегінің жоғары мөлшері бар сингызды құрайды. Физикалық бөліну процесі. Бұл сіңіру, адсорбция немесе мембраналық бөліну сияқты әртүрлі механизмдер арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Кептіру, қысу және сақтау/тасымалдау. Нәтижесінде алынған сингыз электр энергиясын өндіретін жану турбинасын қоздырады. Бұл кезеңде сингыз көбінесе таза H2 болып табылады.

Пайдасы мен кемшіліктері

Көмірді отын ретінде пайдаланудың басты кемшілігі – көмірқышқыл газы мен ластаушы заттардың, оның ішінде күкіртқышқыл газы, азот оксиді, сынап және майда бөлшектердің шығарылуы. Көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларының көбісі көмірді ұнтақтап жағу технологиясын қолданады, ол көмірді беттік ауданын арттыру үшін ұнтақтап, оны бу жасау үшін жағып, буды турбина арқылы өткізіп электр энергиясын өндіреді. Ұнтақталған көмір станциялары көмірқышқыл газын жанудан кейін ғана ұстай алады, ол кезде газ сұйылтылып, бөліп алу қиындайды. Ал IGCC технологиясындағы газдандыру көмірқышқыл газын жану алдында шоғырланған және қысыммен ұстап, бөліп алуға мүмкіндік береді. Сингазды тазартуға ірі бөлшектерді жоюға арналған сүзгілер, ұсақ бөлшектерді жоюға арналған жуу және сынапты жоюға арналған қатты адсорбенттер кіреді. Сонымен қатар, сутегі газ отын ретінде қолданылады, ол жану кезінде ластаушы заттарды шығармайды. IGCC дәстүрлі көмір станцияларына қарағанда аз суды тұтынады. Ұнтақталған көмір станциясында көмір бу өндіру үшін жағылады, ал бу турбинасын пайдаланып электр энергиясын өндіруге қолданылады. Содан кейін буды салқындату суымен конденсациялау қажет, нәтижесінде су булану арқылы жоғалады. IGCC технологиясында су тұтынуы газ турбинасында жану арқылы төмендетіледі, ол ауаны кеңейту және турбинаны іске қосу үшін пайдаланылатын жылуды қолданады. Бу тек жану турбинасының түтінінен жылуды жинап, қосалқы бу турбинасында пайдалану үшін қолданылады. Қазіргі уақыттағы басты кемшілігі – электр энергиясын өндірудің басқа түрлерімен салыстырғанда жоғары бастапқы құны.

КО2 жинақтау

Көмірсутектің жану алдындағы СО2-ні шығару, жанудан кейінгі түтін газдарынан СО2-ні шығаруға қарағанда әлдеқайда оңай, себебі су газын ауыстыру реакциясынан кейін СО2 концентрациясы жоғары болады және синтез газының қысымы да жоғары. IGCC-де жану алдында СО2-нің жартылай қысымы, жанудан кейінгі түтін газдарына қарағанда шамамен 1000 есе жоғары. СО2 концентрациясының жоғары болуына байланысты, Селексол және Ректизол сияқты физикалық еріткіштер, химиялық еріткіштерге қарағанда СО2-ні шығару үшін артықшылыққа ие. Физикалық еріткіштер дәстүрлі амин негізіндегі еріткіштердегідей химиялық реакцияға түспей, қышқыл газдарды сіңіру арқылы жұмыс істейді. Содан кейін еріткішті қалпына келтіруге және қысымды төмендету арқылы СО2-ні бөліп алуға болады. Физикалық еріткіштердің ең үлкен кемшілігі – синтез газын бөлу алдында суыту және жану үшін кейін қайта қыздыру қажеттігі. Бұл энергияны қажет етеді және жалпы қондырғының тиімділігін төмендетеді.

ИГКК-ның эмиссиялық даулары

2007 жылы Нью-Йорк штатының бас прокуроры ИГКК көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларын салуды жоспарлаған электр энергиясы компанияларының акционерлеріне "парник газдарынан туындайтын қаржылық тәуекелдерді" толық жариялауды талап етті. "Электр станцияларының CO2 эмиссиясын реттеуге қатысты бірнеше жаңа немесе күтілетін бастамалар – мысалы, штаттық көміртегі бақылау шаралары, EPA-ның Таза ауа заңына сәйкес регламенттері немесе федералдық жаһандық жылыну заңнамасының қабылдануы – көміртегіне тәуелді көмір өндірісіне қосымша айтарлықтай шығын әкелер еді"; АҚШ сенаторы Хиллари Клинтон Нью-Йорктен барлық мемлекеттік электр компанияларына осы толық тәуекел туралы ақпаратты жариялауды міндеттеуді ұсынды. Бұл ашық мәлімдеме инвесторлардың барлық типтегі, соның ішінде ИГКК технологиясын қолданатын, жаңа көмір станцияларын салуға деген қызығушылығын азайта бастады. Сенатор Гарри Рид (2007/2008 жылдардағы АҚШ Сенатының көпшілік көшбасшысы) 2007 жылғы Таза энергия саммитінде Невада штатында жоспарланудағы жаңа ИГКК көмір станцияларының құрылысын тоқтатуға бар күшін салатынын мәлімдеді. Рид Неваданың коммуналдық компанияларының көмір технологияларының орнына күн, жел және геотермальдық энергияға инвестициялауын қалайды. Ридтың сөзіне қарағанда, жаһандық жылыну – бұл факт, ал бір ғана көмір станциясы жылына жеті миллион тонна көмірді жағып, осы процеске үлес қосады. Оның пікірінше, бұл ұзақ мерзімді денсаулық сақтауға байланысты тым жоғары шығындарға әкеледі (көздері көрсетілмеген). "Мен осы станцияларды тоқтату үшін бар күшімді саламын", – деді ол. "Таза көмір технологиясы деген жоқ. Жақсырақ көмір технологиясы бар, бірақ таза көмір технологиясы жоқ". ИГКК станциясынан шығатын H2S газын өңдеудің ең тиімді жолдарының бірі – оны ылғалды газ күкірт қышқылы процесі (WSA) арқылы күкірт қышқылына айналдыру. Дегенмен, H2S газын өңдейтін көптеген зауыттар өзгертілген Клаус процесін пайдаланады, себебі күкірт нарығының инфрақұрылымы және күкірт тасымалының құны күкірт өндірісіне тиімді.