Ученые из подведомственного Минобрнауки России Института физической химии и электрохимии (ИФХЭ) РАН по заказу ПАО «Газпром» разработали комплекс наземного хранения природного газа и адсорбенты для него. Такие комплексы могут использоваться в качестве резервных хранилищ, подавая газ потребителю при отказе основной линии или резком увеличении нагрузки на нее.
Фото: Глеб Щелкунов, Коммерсантъ
Фото: Глеб Щелкунов, Коммерсантъ
Экономичные и безопасные адсорбционные комплексы помогут обеспечивать газом отдаленные районы России, так как не требуют специальных геологических условий для строительства.
Существует несколько способов хранения больших объемов природного газа. Наиболее известный — хранение в подземных газовых хранилищах. Но такие хранилища можно возводить только там, где имеются соответствующие геологические условия — присутствуют гигантские природные подземные каверны. Поэтому инженеры и ученые ведут поиск новых конкурентных способов хранения. Одним из самых перспективных специалисты считают хранение газового топлива в адсорбированном виде: такой метод безопасен, потому что в случае разгерметизации резервуара резкого выброса газа не происходит. Адсорбционный комплекс работает в диапазоне температур от –60°С до +40°С. Он строится по модульному принципу и помимо модулей хранения газа под давлением от трех до десяти мегапаскалей может включать блоки подготовки и компримирования (сжатия) газа. Такие комплексы размещаются в любом удобном месте с точки зрения логистики, поэтому с их помощью можно обеспечивать газом отдаленные районы России. Эти характеристики выгодно выделяют такой способ на фоне других методов хранения топлива: подземные газовые резервуары могут быть построены далеко не везде, а хранить газ в сжиженном состоянии технически сложно, дорого и не всегда безопасно.
Специалисты ИФХЭ РАН предлагают хранить газ в нанопористых материалах, поры которых соизмеримы с размерами молекул углеводородов, входящих в состав природного газа. Перед научным коллективом стояла задача — синтезировать адсорбент, который будет не только соответствовать требованиям к оптимальным адсорбционным характеристикам, но и отвечать на запросы реального сектора промышленности. Например, важно, чтобы адсорбент можно было синтезировать из дешевого сырья, доступного в большом количестве на территории страны. Ученые разработали ряд различных пористых материалов, среди которых углеродные адсорбенты показали наилучшие результаты в соотношении «цена—качество». «Мы разработали технологию хранения газа, использующую отечественные материалы и комплектующие»,— подчеркнул Андрей Школин, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН.
Объем запасаемого газа в адсорбционном комплексе будет существенно зависеть от объема примесей в метане, так как более тяжелые углеводороды (например, этан) накапливаются в пористой структуре адсорбента, приводя к снижению емкости хранения. Для решения этой проблемы ученые из ИФХЭ РАН предложили блок подготовки газа, который представляет собой специальный сорбирующий фильтр, перед подачей газа в хранилище улавливающий «тяжелые» углеводороды. При высвобождении газа из хранилища его поток, проходя в обратную сторону через фильтр, будет захватывать тяжелые углеводороды и выносить их в трубопровод. Таким образом будет происходить самоочистка фильтра. «Идея фильтра-адсорбера не является принципиально новой, однако подобные фильтры в таких режимах и масштабах ранее никто еще не применял. Мы получили хорошие результаты в испытаниях на масштабируемых образцах объемом до 100 л. Полученные данные уже можно пересчитывать на системы промышленного размера»,— объяснил Андрей Школин.
Научный коллектив разработал комплекс наземного хранения природного газа и адсорбенты по заказу компании «Газпром». После мониторинга научных публикаций в 2014 году специалисты ПАО «Газпром» вышли на коллектив лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН с предложением разработать опытный образец адсорбционного газового терминала. Работы прошли успешно, и тематика получила развитие. В конечном итоге было принято решение о разработке комплексов наземного хранения природного газа.
Подготовлено при помощи Минобрнауки.