В Лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН подведены итоги первого этапа работ по созданию научных основ адсорбционной технологии для увеличения продолжительности хранения сжиженного природного газа метана в низкотемпературных системах промышленного и бытового назначения.

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 80^оС), 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.