Новый углеродный адсорбент повысит эффективность хранения сжиженного природного газа

Известно, что при обращении со сжиженным (при температуре минус 161 градус) природным газом, при его хранении и транспортировке, неизбежно образуется отпарной газ. По экологическим и экономическим соображениям выброс отпарного газа в атмосферу или факельное его сжигание нежелательны. Традиционно при помощи компрессоров пары возвращают в цикл сжижения либо направляют в качестве топлива в энергетические установки, в том числе для собственных нужд. Однако данные подходы не всегда применимы.

Например, в системах хранения сжиженного природного газа, предназначенных для малых потребителей, модуль возврата паров метана не всегда предусмотрен. Поскольку уровень потребления газа у них часто не является постоянным, пары метана могут представлять проблему и приводить к негативным последствиям. Поэтому необходимо разрабатывать современные и эффективные решения для утилизации паров.

В последнее время большое значение приобретает технология адсорбционного аккумулирования природного газа, которая предполагает использование в системе хранения специального пористого сорбента. Эта технология разрабатывается как более энергоэффективная и пожаро- и взрывобезопасная альтернатива хранению газа в компримированном (сжатом) виде, поскольку таким образом удается аккумулировать сопоставимое или большее количество газа при гораздо более низких давлениях (3,5-7 МПа) по сравнению со сжатым газом.

Для сжиженного газа адсорбционная технология может быть не альтернативой, а дополнением к существующей инфраструктуре. Добавление адсорбционного модуля не только позволяет сохранить выделившийся газ, но и повышает безопасность. Важно отметить, что адсорбционная технология может быть особенно эффективной при докритических температурах (ниже минус 83 градусов). Наличие в структуре материала мезопор (шириной от двух до 50 нанометров) значительно увеличивает его адсорбционную емкость в криогенных условиях. При этих температурах в мезопорах происходит капиллярная конденсация, при которой плотность адсорбируемого газа доходит до плотности жидкой фазы. Поэтому такой адсорбент способен запасти намного больше метана.

Для производства нового адсорбента ученые использовали отходы древесины. Сначала сырье было карбонизировано (пережжено в уголь), затем уголь подвергся двухступенчатой активации. На первом этапе было создано большое количество микропор, которые на второй ступени активации были преобразованы в мезопоры. После активации проводилось формование готового адсорбента в монолитные блоки. Изготовленные блоки успешно прошли испытания в составе опытного аккумулятора, что подтвердило эффективность адсорбента для сбора испаренного метана. Помимо самого адсорбента, авторами была предложена концептуальная технологическая схема для аккумулирования отпарного газа.

«Мы предлагаем синергетическое решение, при котором адсорбционная технология становится частью инфраструктуры для хранения и транспортировки сжиженного природного газа и повышает ее надежность, эффективность и безопасность», – сказал один из авторов работы, сотрудник лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН, аспирант Александр Гринченко.

Природный газ — единственный вид ископаемого топлива, потребление которого в будущем будет не сокращаться, а расти. Это связано с его относительной дешевизной и значительно меньшим выбросом вредных веществ при потреблении, по сравнению с углем и нефтью. В «Стратегии научно-технического развития Российской Федерации» среди приоритетов указаны переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике и повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья. Новые современные технологии для добывающей и энергетической отрасли отвечают поставленным задачам и являются в высшей степени актуальными.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда.

ИФХЭ РАН

31 статей

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук — 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