Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
реклама
14.604.21.0120 <Номер постера> Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014—2020 годы» Энергоэффективность, энергосбережение и ядерная энергетика Тема: Разработка эффективной технологии комплексного освоения высокопараметрических минерализованных гидрогеотермальных ресурсов Соглашение 14.604.21.0120 на период 2014 - 2016 гг. Руководитель проекта: Директор, Алхасов Алибек Басирович Получатель субсидии: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра Российской академии наук Цели и задачи проекта Цель проекта: Использование геотермальных ресурсов для производства электроэнергии, тепла и извлечения ценных химических соединений из геотермальных рассолов. Задачи проекта: Разработка технологических решений комплексного эффективного освоения высокотемпературных минерализованных гидрогеотермальных рассолов с использованием теплового и химического потенциалов на основе бинарных ГеоЭС и химических методов извлечения растворенных компонентов. Актуальность: Привлекательность создания комплексных энергетических технологий и актуальность освоения геотермальных ресурсов Дагестана на минерально-сырьевые нужды обусловлены прежде всего тем, что в составе большинства высокоминерализованных ГТВ региона содержатся ионы лития в промышленно значимых концентрациях, основными потребителями солей которого являются атомная, стекольная, электрохимическая (химические источники тока), фармацевтическая промышленность России. В настоящее время ввоз карбоната лития является основной статьей импорта сырья для обеспечения потребностей указанных отраслей хозяйства страны. Вместе с тем, разведанные запасы только Берикейского месторождения редкометальных термальных вод позволят ежегодно получать более 2000 т карбоната лития и тем самым полностью обеспечить потребности отраслей промышленности страны. А создание заводов по производству солей лития на Тарумовской, Южносухокумской, Комсомольской и др. месторождениях на территории республики даст возможность экспортировать указанную продукцию и тем самым создаст предпосылки для существенного улучшения экономики региона и государства в целом. Новизна: Впервые в отечественной практике освоения геотермальных энергетических и минерально-сырьевых ресурсов предлагается технология их комплексного освоения на основе бинарной ГеоЭС и завода по производству солей лития, которое обеспечивается электроэнергией, вырабатываемой геоэлектростанцией. Ожидаемые результаты проекта Методика подсчета запасов и оценки перспективности освоения высокотемпературных гидрогеотермальных рассолов месторождений Северокавказского региона на основе изучение их гидрогеологогеотермических характеристик и химического состава. Методика проведения гидродинамических, тепломассообменных и оптимизационных расчетов и на их основе выбор оптимального режима эксплуатации первичного контура (геотермальной циркуляционной системы) бинарной ГеоЭС с привязкой к конкретному геотермальному месторождению. Методика оценки наиболее оптимального низкокипящего рабочего агента вторичного контура бинарной ГеоЭС на основе анализа теплофизических данных и расчетов по оптимизации термодинамических циклов. Методика разработки технологических схем комплексного освоения высокопараметрических геотермальных ресурсов с различными вариантами утилизации отработанного теплоносителя (сброс на поверхности, обратная закачка, частичная закачка). Программа и методики проведения исследований физико-химических процессов, лежащих в основе переработки отработанных в ГеоЭС геотермальных рассолов с получением солей лития. Эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец укрупненной лабораторной установки по переработке редкометального гидроминерального сырья – высокоминерализованных геотермальных вод. Экспериментальный образец укрупненной лабораторной установки по переработке редкометального гидроминерального сырья – высокоминерализованных геотермальных вод. Регламент технологического процесса производства неорганических материалов на основе переработки редкометального гидроминерального сырья – высокоминерализованных геотермальных вод. Абсолютное количество действующих и строящихся ГеоЭС в странах мира используют в качестве энергоносителя высокопараметрические геотермальные флюиды, приуроченные вулканическим сейсмоактивным областям, что связано со значительными капитальными затратами на их строительство и технологическими рисками. Реализация проекта представляет интерес и основы для международного партнерства в сфере создания ГеоЭС значительной мощности в менее активных областях, рентабельность которых будет обеспечиваться, в том числе и совместным производством ценных материалов – сырья для атомной, стекольной промышленности, развивающейся индустрии химических источников тока. Перспективы практического использования Полученные результаты по комплексному освоению высокопараметрических гидрогеотермальных ресурсов найдут применение в геотермальной энергетике и технологиях переработки нетрадиционного химического сырья – производства солей редких металлов, содержащихся в геотермальных рассолах. Электроэнергия, вырабатываемая в бинарной ГеоЭС, будет использована для обеспечения потребностей завода по извлечению химкомпонентов из рассолов и на нужды различных потребителей. Соединения лития, получаемые при переработке рассолов, будут использованы во многих отраслях промышленности (атомная, стекольная, электрохимическая, фармацевтическая, строительная и другие). Полученные в ходе выполнения проекта результаты будут способствовать развитию нового направления в геотермальной энергетике по комплексному освоению высокопараметрических рассолов. Будут разработаны новые энергоэффективные, экономически рентабельные и экологически чистые технические решения, способствующие масштабному освоению таких ресурсов. Освоение теплового потенциала будет осуществляться в бинарных ГеоЭС с рабочими агентами нового поколения и комбинированных геотермально-парогазовых энергоустановках, основанных на новых технологиях, использующих различные термодинамические циклы. Освоение рассолов Берикейского месторождения позволит ежегодно получать до 2000 т завозимого в настоящее время из-за рубежа карбоната лития, что позволит полностью обеспечить потребности России. Результаты исследовательской работы, полученные в 2015 г. Предложена технология переработки обработанных в ГеоЭС геотермальных рассолов с получением карбоната лития, магнезии жженной, карбоната кальция и поваренной соли потребность, в которых в стране достаточно высока. Важнейшим переделом предложенной технологической схемы (рис.1) является процесс сорбционного концентрирования и разделения лития от сопутствующих макрокомпонентов рассола с использованием активного свежеосажденного Al(OH)3 улучшенными седиментационными и фильтрационными свойствами. Разработана методика подсчета эксплуатационных запасов высокотемпературных минерализованных геотермальных ресурсов глубокого залегания с учетом эффектов термолифта, газлифта и потерь напора при подъеме флюида по стволу скважины, учет которых позволяет значительно увеличить точность расчетов. Подсчитаны ресурсы для Тарумовского, Южносухокумского и Берикейского геотермальных месторождений (Республика Дагестан). Разработана методика проведения гидродинамических, тепломассообменных и оптимизационных параметров первичного контура Рассол бинарной ГеоЭС. Предложенная методика, с использованием аналитических и численных методов расчета, позволяет определять оптимальные режимно-эксплуатационные и конструкционные параметры геотермальной циркуляционной системы (циркуляционный дебит, Ca(OH)2 t давление нагнетания, диаметры добычной и нагнетательной скважин, расстояние между скважинами). Проведены исследования с Осаждение магния Mg(OH)2 MgO NaOH привязкой к гидрогеолого-геотермическим условиям конкретных геотермальных месторождений. Расчетными исследованиями установлено, что в контуре ГЦС существует оптимальный дебит термальной воды, соответствующий максимуму вырабатываемой Na2CO3 Осаждение кальция CaCO3(примеси SrCO3,BaCO3) энергоустановкой полезной мощности. С увеличением дебита ГЦС происходит возрастание полезной мощности ГеоЭС и достигает максимума при некотором оптимальном дебите (Рис.2). Дальнейшее увеличение дебита приводит к снижению полезной мощности, так как резко возрастают затраты энергии на закачку отработанной термальной воды обратно в пласт. AlCl3 Получение литийалюминиевого NaOH Разработана методика оценки наиболее оптимального низкокипящего рабочего агента вторичного контура бинарной ГеоЭС на основе концентрата (ЛАК) анализа теплофизических данных и расчетов по оптимизации термодинамического цикла. Проведен сравнительный анализ теплофизических, химических и эксплуатационных параметров низкокипящих рабочих агентов, применяемых в бинарных ГеоЭС (изобутан, смесь изобутана (90%) и изопентана (10%), аммиак, R142в, R13В1) и озонобезопасных рабочих агентов нового поколения (R134а, R143а). Термодинамический анализ цикла Ренкина, реализуемого во вторичном контуре ГеоЭС, свидетельствует, что существует оптимальная температура испарения рабочего агента соответствующая максимуму мощности энергоустановки (рис.3). На основе Рассол Отстаивание ЛАК в сгустителе Вакуум проведенных исследований установлено, что наиболее перспективными рабочими агентами являются изобутан и R134а. Перспективными упаривание являются сверхкритические смеси, использование которых в качестве рабочих агентов для геотермальных энергетических циклов является наиболее удобным, так как путем подбора состава смеси можно легко менять их критические свойства в зависимости от внешних условий. NaCl H2O Разработана методика определения оптимальных технологических схем комплексного освоения высокопараметрических Фильтрование ЛАК геотермальных ресурсов с различными вариантами утилизации отработанного теплоносителя (сброс на поверхности, обратная закачка, Рассол Маточный на нутч-фильтре частичная закачка). раствор на Результаты исследований опубликованы в журнале Теплоэнергетика, 2015, №6, в материалах Международной конференции переработку «Возобновляемая энергетика: проблемы и перспективы», 21-24 сентября, 2015, Махачкала и в материалах Международного Конгресса «Возобновляемая энергетика XXI век», 27-28 октября, 2015, Москва. Комплексное освоение высокопараметричеких минерализованных гидрогеотермальных ресурсов является новым направлением в H2O Промывка ЛАК геотермии. Раствор на нутч-фильтре HCl Гидротермальная обработка ЛАК КУ-2-Na 3 Очистка водногоLi-концентрата от кальция Синтез AlCl3 КУ-2-Са Концентрирование Li -концентрата Na2CO3 Осаждение лития Li2СО3 Маточный раствор Рис. 1. Принципиальная технологическая схема переработки обработанных в ГЕОЭС геотермальных рассолов с получением карбоната лития, магнезии жженной, карбоната кальция и поваренной соли Рис. 2. Зависимость мощности ГеоЭС от расхода геотермального теплоносителя, циркулирующего в контуре ГЦС. 1 – полная мощность энергоустановки; 2 и 3 – полезная мощность при диаметрах скважин d = 0,122 и 0,251 м соответственно Рис. 3. Зависимость удельной мощности Nэ турбины от температуры испарения Тs изобутана при температуре термальной воды Тт = 130 0С. 1 – Тк= 30 0С, Т = 10 0С 2 – Тк= 7 0С, Т = 10 0С 3 – Тк= 30 0С, Т = 20 0С Партнеры проекта Индустриальный партнер: Общество с ограниченной ответственностью «ГЕОЭКОПРОМ». 367030, Махачкала, пр-т Шамиля 55а. Деятельность ООО «Геоэкопром» связана с изучением геотермальных энергетических ресурсов, их добычей и использованием на Юге России. Индустриальный партнер осуществляет выполнение части работ по проекту на общую сумму 7500000 рублей (по 2500000 рублей в год). 14.604.21.0120 <Номер постера>
