Новый углеродный адсорбент улучшит эффективность хранения сжиженного природного газа.

Известно, что при работе с сжиженным природным газом (при температуре минус 161 градус) в процессе его хранения и транспортировки неизбежно образуется отпарной газ. С точки зрения экологии и экономики выбросы отпарного газа в атмосферу или его сжигание в факелах не являются желательными. Традиционно пары возвращаются в цикл сжижения с помощью компрессоров или используются в качестве топлива для энергетических установок, включая собственные нужды. Однако эти методы не всегда могут быть применены.

Например, в системах хранения сжиженного природного газа, предназначенных для малых потребителей, модуль возврата паров метана не всегда предусмотрен. Поскольку уровень потребления газа часто колеблется, пары метана могут вызвать проблемы и привести к негативным последствиям. Поэтому важно разрабатывать современные и эффективные методы утилизации паров.

В последнее время важное значение приобретает технология адсорбционного аккумулирования природного газа, которая предполагает использование специального пористого сорбента в системе хранения. Эта технология разрабатывается как более энергоэффективная и безопасная альтернатива хранению газа в сжатом виде, так как позволяет аккумулировать сопоставимое или большее количество газа при гораздо более низких давлениях (3,5-7 МПа) по сравнению с сжатым газом.

Для сжиженного газа адсорбционная технология может стать не альтернативой, а дополнением к существующей инфраструктуре. Внедрение 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 мезопор (шириной от двух до 50 нанометров) в материале значительно увеличивает его адсорбционную емкость в криогенных условиях. При этих температурах в мезопорах происходит капиллярная конденсация, в результате которой плотность адсорбируемого газа достигает плотности жидкой фазы. Таким образом, такой адсорбент способен запасти значительно больше метана.

Для создания нового адсорбента ученые использовали древесные отходы. Сначала сырье было карбонизировано (пережжено в уголь), затем уголь прошел двухступенчатую активацию. На первом этапе были образованы микропоры, которые на втором этапе активации преобразовались в мезопоры. После активации адсорбент формовали в монолитные блоки. Изготовленные блоки успешно прошли испытания в составе опытного аккумулятора, что подтвердило эффективность адсорбента для сбора испаренного метана. Кроме самого адсорбента, авторами была предложена концептуальная технологическая схема для аккумулирования отпарного газа.

«Мы предлагаем синергетическое решение, при котором адсорбционная технология интегрируется в инфраструктуру для хранения и транспортировки сжиженного природного газа, повышая ее надежность, эффективность и безопасность», – отметил один из авторов работы, аспирант лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН Александр Гринченко.

Природный газ — единственный вид ископаемого топлива, потребление которого в будущем будет не сокращаться, а увеличиваться. Это связано с его относительной дешевизной и значительно меньшими выбросами вредных веществ при использовании 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 соответствуют поставленным задачам и являются крайне актуальными.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда.