Существует несколько способов хранения больших объемов природного газа. Один из самых распространенных – подземные газовые хранилища. Например, в местах залежей каменной соли вода размывает гигантские каверны, в которых могут быть устроены газовые хранилища. Однако, для хранения 1 млн куб.м природного газа необходима каверна объемом не менее 10 тыс. куб.м на глубине не менее 600 м. Такие каверны — уникальные геологические образования, которые далеко не всегда можно найти в том месте, где требуется построить хранилище.
Также большие объемы природного газа можно перевозить и хранить в сжиженном состоянии. Однако длительное хранение в сжиженном виде зачастую экономически не целесообразно. Этот способ технически сложен и дорог, потому что газ необходимо охлаждать до криогенных температур, обеспечивать теплоизоляцию резервуара и нагревать перед передачей потребителю. Большой недостаток такого способа хранения — пожаро- и взрывоопасность.
Хранение в адсорбенте эффективно и требует меньших затрат, чем поддержание инфраструктуры высокого давления. Такой способ хранения взрывобезопасен, потому что газ в порах адсорбента находится в нанодиспергированном (связанном в поле дисперсионных сил) состоянии, и в случае разгерметизации резервуара резкого выброса газа не происходит.
Для строительства адсорбционного комплекса не требуются специальные геологические условия. Он может быть построен в том месте, из которого удобно обеспечивать газом потребителей.
Такие хранилища, не требующие высококвалифицированного многочисленного персонала, способны обеспечивать газом отдаленные районы России. Они могут использоваться в качестве резервных хранилищ, подавая газ потребителю при резком увеличении нагрузки или при отказе основной линии.
Комплекс хранения работает в диапазоне температур от минус 60 до плюс 40°С. Он строится по модульному принципу и, помимо модулей хранения газа под давлением от 3 до 10 МПа, может включать блоки подготовки и компримирования газа.
Газ в таком комплексе хранится в нанопористых материалах, поры которых соизмеримы с размерами молекул углеводородов, входящих в состав природного газа. Адсорбенты, используемые в хранилище должны, с одной стороны, обладать прецизионной пористой структурой, с другой стороны, иметь невысокую стоимость. Кроме того, сырье для их производства должно быть отечественного происхождения. Специалистами ИФХЭ РАН был разработан ряд различных пористых материалов, среди которых углеродные адсорбенты показали наилучшие результаты в соотношении «цена – качество».
Объем запасаемого газа в таком хранилище будет существенно зависеть от объема примесей в метане, так как более тяжелые углеводороды (этан, и др.) будут накапливаться в пористой структуре адсорбента, приводя к снижению емкости хранения. Отделение тяжелых углеводородов перед помещением газа в хранилище повышает количество циклов «адсорбция — десорбция» у резервуаров и промежуток времени между регенерациями адсорбента. Для решения этой проблемы, специалистами ИФХЭ РАН предложен блок подготовки газа, который представляет собой специальный сорбирующий фильтр, перед подачей газа в хранилище улавливающий «тяжелые» углеводороды (этан и др.). При высвобождении газа из хранилища его поток, проходя в обратную строну через фильтр, будет захватывать тяжелые углеводороды и выносить их в трубопровод. Таким образом будет происходить самоочистка фильтра. Ожидается, что он будет работать по принципу «вечного 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 ведущий научный сотрудник, заместитель заведующего лабораторией сорбционных процессов, кандидат химических наук Андрей Школин.
Материал подготовлен: Ольга Макарова / Пресс-служба ИФХЭ РАН
В других источниках: Коммерсантъ. Новости 07/03/2023