Новые микро-мезопористые адсорбенты повысили длительность и безопасность хранения метана в сжиженном виде

Природный газ в сжиженном виде хранится при температуре минус 162 градусов. Из-за теплообмена поверхности резервуара с окружающей средой часть сжиженного метана неизбежно испаряется. Испарение метана приводит к повышению давления в резервуаре, поэтому, если нет потребителя, от избыточных паров природного газа приходится избавляться, причем часто неэкономичным и неэкологичным способом: сбрасывать в окружающую среду или сжигать на факеле.

Разрабатываемые в лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН адсорбционные технологии позволяют обратимо аккумулировать этот «отпарной» газ и тем самым увеличивать длительность хранения и безопасность эксплуатации СПГ-систем, что сегодня критически важно для развития энергетики на основе сжиженного газа.

Для аккумулирования паров метана при критически низких температурах в данной работе предлагается использовать адсорбенты со специально подобранными порами (называемыми мезопорами, размером от 3 до 50 нм), в которых происходит капиллярная конденсация. Емкость таких адсорбентов в области докритических температур, когда метан еще можно сжижать при небольших относительных давлениях, в несколько раз превышает адсорбцию по сравнению с адсорбентами других типов.

На первом этапе ученые разработали научные принципы создания таких систем, сформулировали критерии их эффективности и определили требования к циклическим режимам работы. В лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН синтезированы и исследованы новые микро-мезопористые адсорбенты, эффективные для данной технологии, и проведены комплексные исследования новых систем. Результаты опубликованы в журнале «Физикохимия поверхности и защита материалов».

«Адсорбируя газ при криогенных температурах, можно увеличить удельную емкость системы свыше 350-400 нм3/м3. Это значительно больше тех величин, которые достижимы при обычных «комнатных» температурах. К тому же заполнение происходит при пониженном давлении. Например, работающая в общепромышленном температурном интервале система адсорбированного природного газа метана имеет емкость до 200 нм3/м3, работает при давлении 35 бар и выше, при этом для нее требуются микропористые сорбенты с высокой удельной поверхностью 1500-2000 м2/г.

Используя новые микро-мезопористые структуры при сверхнизких температурах (ниже минус 80оС), уже при давлении 6 бар мы получаем емкость адсорбента в 2-2,5 раза выше. Накопленный в адсорбенте метан можно полезно использовать», – рассказал заместитель руководителя Инженерно-технического центра ИФХЭ РАН, ведущий научный сотрудник Лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН, кандидат химических наук Илья Меньщиков.

Впереди запланированы работы по оптимизации параметров новых адсорбентов для аккумулирования паров сжиженного природного газа метана, создание масштабированных образцов функциональных материалов, их комплексные испытания в условиях, приближенных к реальным.

«Работа выполняется по гранту РНФ, и для нас как ученых очень важно, что фонд поддерживает фундаментальные работы, которые уже в скором времени смогут перейти в практическую плоскость. Мы стремимся не ограничиваться построением теоретической базы и лабораторного прототипа, а создавать на их основе новые технологии и формировать условия для внедрения. В частности, для ускорения трансформации научных разработок в востребованные технологии был создан Инженерно-технический центр (ИТЦ) ИФХЭ РАН», – отметил Илья Меньщиков. 

ИФХЭ РАН

8 статей

Институт физической химии и электрохимии имени Фрумкина — один из ведущих химических институтов Российской академии наук. Насчитывает более 800 сотрудников, среди которых 7 академиков, 9 членов-корреспондентов РАН, более чем 100 профессоров и 260 кандидатов наук. Проводимые в ИФХЭ РАН фундаментальные и прикладные исследования характеризуются многопрофильностью и включают следующие научные направления: поверхностные явления в коллоидно-дисперсных системах, адсорбция, физико-химическая механика; супрамолекулярные и наноразмерные системы для использования в современных высоких технологиях; химическое сопротивление материалов, защита металлов и других материалов от коррозии и окисления; химия и технология радиоактивных элементов, радиоэкология и радиационная химия; электрохимия. Успехи сегодняшних исследований опираются на уникальную экспериментальную базу Центра Коллективного Пользования, позволяющую решать практически любую задачу физико-химического исследования вещества или свойств его поверхности разнообразными современными методами. В их числе: электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ, рентгеноструктурный анализ, рентгеновское малоугловое рассеяние, атомно-адсорбционный анализ, эллипсометрия, аннигиляция позитронов, хромато-масс-спектрометрия, инфракрасная, рамановская, фотоэлектронная, электронная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс.

Показать больше