О пользе вредных выбросов

Когда слышишь о технологии улавливания и очистки СО2, первым делом на ум приходит зеленая повестка, борьба с глобальным потеплением, Киотский протокол. Но потом возникает вопрос: сокращение выбросов денег стоит. На что рассчитывает компания, придумавшая и внедряющая подобную технологию?

Чистый углекислый газ, получаемый из дымогарных газов, может быть использован в самых разных областях – от медицины до газировки

Фото: Влад Некрасов, Коммерсантъ

«Чистая экология приносит мало прибыли,— признает Артем Патрин, заместитель директора по стратегическому развитию компании "Технопарк Реал-Инвест", разработавшей технологию по улавливанию СО2 из дымовых газов и создавшей установку на ее основе.— Наша технология позволяет не только уменьшить выбросы в атмосферу, но и получить СО2 высокой степени очистки, очень востребованный на рынке, продажа которого может давать неплохой доход».

Действительно, нет такой экономической сферы, где не требовался бы СО2. «Производство газировки — самое очевидное его применение,— говорит Роман Цыбин, исполнительный директор "Технопарк Реал-Инвест".— Летом, с конца апреля до конца сентября, потребление углекислоты возрастает в 1,5–2 раза. Но пищевой промышленностью, где СО2 служит также консервантом и разрыхлителем, дело не ограничивается. Углекислый газ используется в сварочных смесях, применяется для охлаждения пресс-форм или чистки оборудования гранулами "сухого льда" (криобластинг). Он необходим в хирургии и физиотерапии, где, например, используется в сухих углекислых ваннах. В нефтяной промышленности СО2 служит для повышения дебита скважин, позволяя увеличить его почти в 3,5 раза: углекислота служит разжижителем нефти, снижая ее вязкость и поднимая давление в скважине». «Потребителей у нас много,— продолжает Роман Цыбин.— Это и крупные пищевики, такие как "Акваника", "Аквалайф", "Черноголовка", и производственные предприятия, например Выксунский металлургический комбинат. Мы еженедельно отгружаем большие объемы СО2 для предприятий Крыма, производящих прохладительные напитки. У нас законтрактована вся выпускаемая продукция». Сейчас Россия столкнулась с серьезной нехваткой углекислого газа: сократились поставки аммиака и удобрений на внешние рынки и, соответственно, их выпуск, а СО2 получают химическим способом как раз в процессе аммиачного производства. Дефицит, по разным оценкам, составляет 20–30%. Химические предприятия не смогут быстро нарастить выпуск пищевой углекислоты, считает Артем Патрин, а значит, ценность сырья, «добываемого» из дыма, существенно повышается. «Мы готовы возводить заводы по нашей технологии на предприятиях электрогенерации везде, где это будет востребовано»,— говорит специалист.

Своя лучше

«Реал-Инвест» на рынке с 1999 года. Компания начала свою деятельность с розничной продажи сжиженного углеводородного газа — пропан-бутана, реализуя его в сети собственных АГЗС, потом открыли направление оптовых продаж сжиженных углеводородных газов, поставляя пропан-бутан крупным клиентам. Бизнес рос, и в компании решили заняться техническими газами (аргон, кислород, азот и сварочные смеси), производство которых невозможно без СО2. В 2012 году впервые в России «Реал-Инвест» запустил завод по утилизации дымогарных газов и производству жидкой двуокиси углерода и «сухого льда», где использовалась технология датской компании Union Engineering. Был заключен договор с крупным теплогенерирующим комплексом, и в Балахнинском районе стали очищать выбросы НиГРЭС, построенной еще по плану ГОЭЛРО. «Завод оказался эффективным, и мы стали развивать это направление»,— рассказывает Роман Цыбин.

Как извлечь СО₂ из вредных выбросов

Для технологического извлечения диоксида углерода из смеси газов применяются абсорбция, хемосорбция, адсорбция, а также каталитическое гидрирование, мембранные системы и ферменты, электрохимический способ. В промышленности наиболее широко применяется хемосорбция. Хемосорбционное поглощение СО2 моноэтаноламином описано в представленной публикации. Еще одна хемосорбционная технология — выделение СО2 из дымовых газов в кальциево-карбонатном цикле. Здесь в качестве хемосорбента — сорбента, образующего при взаимодействии с поглощаемым веществом химическое соединение,— используется дешевый оксид кальция. Метод подходит для угольных электростанций с высокими выбросами СО2 на единицу производимой мощности, поскольку он относительно недорогой, требует меньше кислорода, чем другие технологии, и обеспечивает ускоренное поглощение углекислоты за счет высокой температуры реакции.

Еще один прогрессивный метод — экологически чистое выделение СО2 с использованием ферментов, то есть сложных белковых соединений. Здесь ставка делается на карбоангидразу, которая в человеческом организме катализирует обратимую гидратацию диоксида углерода. Вот и при очистке дымовых газов этот фермент служит катализатором химической реакции между СО2 и водой. В результате углекислый газ превращается в бикарбонат, из которого можно получить пищевую соду или мел.

Эффективным считается также мембранный метод извлечения СО2. Он основан на различиях в способности газов проходить через мембранные системы: легкие углеводороды проходят, неконденсирующиеся газы, такие как метан, азот и водород, остаются. Первую мембранную установку построили в 1981 году в США — там использовалась ацетатцеллюлозная мембрана. В 2012-м в Штатах изобрели керамические мембраны, в 2015-м — мембраны, наполненные ферментами. Сейчас испытания проходят мембраны на основе углеродных нанотрубок. Их массовое производство планируется запустить в 2025–2030 годах.

С экономической точки зрения дешевле всего процессы абсорбции водой и хемосорбция растворами карбонатов, но таким способом из исходного газа можно выделить не больше 85% СО2, а это очень мало. Если говорить о степени очистки, то самый эффективный метод — хемосорбция моноэтаноламином (именно он описан в нашем материале). Каталитическое гидрирование, использование ферментов и электрохимический способ извлечения СО2 не предполагают десорбцию, то есть высвобождение углекислоты, в результате этих процессов происходит необратимое преобразование диоксида углерода в различные вещества.

В 2013-м, когда компания купила площадку в Балахнинском районе Нижегородской области площадью 165 га, для развития новых производств требовалось большое количество тепловой и электрической энергии, и ГК «Реал-Инвест» построила собственный энергоцентр на базе газопоршневых установок (ГПУ). Поскольку «Реал-Инвест» позиционирует себя как компания, минимально воздействующая на окружающую среду, руководство ГК приняло решение очищать выбросы энергоцентра от оксидов азота и забирать из выхлопного дыма парниковый газ — двуокись углерода. Была построена и запущена новая станция по утилизации диоксида углерода, купленная в Дании. «Это была первая в России генерация, которая обладала нулевой эмиссией СО2»,— подчеркивает Роман Цыбин.

Когда энергоцентр вырос до 10 мегаватт, встал вопрос о закупке новых установок по очистке дымовых газов. В компании решили: зачем тратить средства на западные, лучше создать свою. Заключили договор с Нижегородским государственным техническим университетом имени Р. Е. Алексеева, и там разработали уникальную отечественную технологию. На ее основе «Реал-Инвест» изготовил собственное оборудование. «В 2017 году мы начали проектные работы, в 2019 году установка заработала,— с гордостью говорит Роман Цыбин.— Сейчас мы запускаем установки по производству углекислоты из дымогарных газов в серию. Колонное (ректификационные колонны, абсорберы, десорберы и т. д.) и теплообменное оборудование производим у себя, остальное докупаем, стараемся работать с российскими производителями».

Абсорбция, десорбция и ректификация

В основе технологии, которую применяет «Реал-Инвест», лежит процесс поглощения СО2 растворами аминов. «Наши установки забирают СО2 из выхлопов газопоршневых установок,— объясняет Роман Цыбин.— Обычно эти выхлопы просто выбрасываются в атмосферу. В нашей установке дым со всех наших ГПУ поступает в общий коллектор и затем распределяется по станциям утилизации».

На входе в станцию весь дымогарный газ очищается от оксидов азота. В основе очистки лежит принцип каталитического восстановления. В результате реакции вредные оксиды азота превращаются в нейтральный азот и воду. Тем самым снижается нагрузка на окружающую среду.

Газ, очищенный от оксидов азота, проходит через систему промывочных колон, где из него удаляются механические примеси, после чего поступает в колонну абсорбции и десорбции. В этих колоннах и происходит процесс выделения СО2 из дымогарного газа. В абсорбционной колонне СО2 поглощается раствором амина, а в десорбционной колонне высвобождается. Данный процесс требует большого количества тепловой энергии. «Но нам удалось получить данную энергию из того же дымогарного газа, сбалансировав процесс»,— отмечает Роман Цыбин.

Выделенный таким способом углекислый газ поступает в узел компримирования, где с помощью «сухих» (безмасленных) компрессоров происходит его сжатие до 16–18 Бар. После этого он поступает на колонны осушки и очистки, где проходит через несколько колонн цеолитов (микропористые алюмосиликатные минералы, обычно используемые в качестве адсорбентов и катализаторов) и углей.

Последний этап получения жидкой двуокиси углерода — узел сжижения и ректификации. Данный узел позволяет не только перевести газообразный СО2 в жидкое состояние, но и произвести конечную очистку до 99,99%. Полученная жидкая двуокись углерода поступает в стационарные хранилища, откуда и отгружается потребителям.

Установка превосходит аналоги и по дешевизне, и по производительности. Себестоимость удалось снизить за счет уменьшения металлоемкости. Благодаря замене объемных нерегулярных насадок более компактными регулярными уменьшились массогабаритные размеры. «У нас 35-метровая колонна на бедном сырье производит 2,5 тонны углекислоты в час, а точно такая же западная — всего полторы тонны,— подчеркивает Роман Цыбин.— А еще мы усовершенствовали процесс сжижения, введя туда ректификационную колонну, чтобы уменьшить пролеты инертных газов и обеспечить постоянную поддержку чистоты "четыре девятки",— это тоже наш инновационный процесс. В процессе проектирования мы провели патентный поиск и сейчас получаем патенты на полезную модель и на узлы разработанной технологии».

GreenTech и «Мосэнерго»

Технологию «Реал-Инвеста» высоко оценили в ходе ежегодного акселератора GreenTech Startup Booster, который проводится под эгидой фонда «Сколково» для поддержки «внедрения в России технологий в области экологии и устойчивого развития». «Тема декарбонизации стала в прошлом году одной из ключевых в программе, проводившейся с рядом российских и международных компаний,— рассказывает директор по операционной работе кластера энергоэффективных технологий фонда "Сколково" Олег Перцовский.— Программы фонда "Сколково", направленные на подбор и внедрение новых технологий по различным технологическим направлениям, помогают эффективно организовать взаимодействие между разработчиками технологий и индустриальными заказчиками, ускоряя внедрение новых решений. Компания "Реал-Инвест" стала одним из победителей GreenTech Startup Booster. Сейчас она обсуждает реализацию совместного проекта с одним из партнеров программы».

Один из партнеров программы — это ПАО «Мосэнерго». «GreenTech помог нам познакомиться с "Газпром энергохолдингом", в который входит "Мосэнерго",— говорит Артем Патрин,— и найти тех инвесторов, которые заинтересованы в применении этой технологии, потому что она, конечно, требует значительных инвестиций и нуждается в очень квалифицированной целевой аудитории. Уже полгода мы с "Мосэнерго" прорабатываем этот проект». Это будет первый коммерческий проект улавливания СО2, построенный не на территории Нижегородской области. По плану в рамках проекта «Реал-Инвест» поставит свое оборудование ТЭЦ-11 в районе шоссе Энтузиастов на востоке столицы.