Производство сжиженного природного газа в России в 2024 году составило 34,7 миллиона тонн. К 2035 году оно должно увеличиться втрое. Трубопроводный газ, конечно же, значительно дешевле, но известные политические проблемы в последние годы сократили поставки по этому каналу сбыта. К тому же торговля СПГ снижает зависимость от поставщика, что в нынешних условиях немаловажно.
Рост интереса к торговле СПГ подтолкнул и исследовательскую активность в этой сфере. Дополнительным стимулом для отечественных ученых стало эмбарго Евросоюза на поставку целого ряда позиций соответствующего промышленного оборудования. Одним из актуальных исследовательских направлений является разработка эффективных способов утилизации отпарного газа. Ученые Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II предложили эффективную систему хранения сжиженного природного газа, где для утилизации паров используется газовый эжектор.
Разработка уже получила «золото» на петербургской выставке инноваций Hi-Tech. Не менее важно и признание со стороны промышленников. По словам автора разработки, ассистента кафедры транспорта и хранения нефти и газа Яны Мартыненко, технические предложения по разработке конструктивных схем эжекторной установки для утилизации паров из резервуаров СПГ успешно внедрены на предприятии «Газпром СПГ технологии».
Резервуары СПГ хорошо теплоизолированы, тем не менее, исключить парообразование невозможно. Поэтому все заводские хранилища сжиженного газа, танкеры и автомобили – газовозы оснащаются системами утилизации. Самый простой способ – факельное сжигание пара. Однако его неэкологичность очевидна. Малотоннажные заводы СПГ сегодня часто используют технологию нагрева отпарного газа до стандартных параметров сетей газоснабжения. Однако с точки зрения энергозатрат это неэффективно: предприятие уже потратилось на охлаждение и повторно расходует ресурсы на нагрев.
Крупнотоннажные заводы, как правило, избавляются от пара в резервуарах СПГ с помощью дожимных компрессоров. Они повышают давление утилизируемого газа и направляют его на повторное сжижение, либо используют для нужд резервуарного парка.
«В сравнении с дожимным компрессором предлагаемый нами эжектор имеет в разы меньшую потребляемую мощность. Его не нужно подключать к электропитанию, энергозатраты связаны только с подачей активного газового потока высокого давления, который вытягивает отпарной газ из емкости с СПГ через эжектор на принципах уравнения Бернулли. Он работает по сути как газовая горелка или краскопульт. Так вот, компрессор имеет потребляемую мощность 75 киловатт, а на функционирование эжектора требуется 2,5 киловатта в пересчете.
Капитальные и эксплуатационные затраты также несопоставимы. В частности, по габаритам и соответственно расходу металла на их изготовление, по стоимости ремонта и обслуживания. Кроме того компрессор более травмоопасен, а в эжекторе нет никаких вращающихся деталей.
В России и за рубежом сегодня проводятся исследования по эжектированию отпарного газа. Однако на поток подобные системы, насколько нам известно, нигде еще не поставлены – существуют сложности с подбором оптимальных параметров» – рассказала Яна Мартыненко.
В 2024 году она под руководством доктора технических наук профессора Виктора Болобова зашитила по своей разработке кандидатскую диссертацию «Обоснование применения и выбор параметров газового эжектора в системах хранения СПГ». Результаты исследований подтверждены уже тремя патентами.
В работе было научно доказано, что объем утилизируемого отпарного газа не зависит от давления и соответственно расхода активного газового потока до тех пор, пока сохраняется критический перепад давления. Проще говоря, появилась возможность минимизировать энергозатраты на подачу активного потока. Кроме того, новизна разработки состоит в создании алгоритма по выбору оптимальной геометрии эжектора. Он был получен после многочисленных экспериментов на собранном здесь же в вузе экспериментальном стенде.
«Дальнейшие исследования возможны в направлении создания эффективного двуфазного эжектора. Он не только увлекает отпарной газ из резервуара хранения, но и сжижает его. Подобные эксперименты уже проводятся, но сегодня ученые смогли добиться сжижения лишь в пределах 50% объема поступающего в эжектор пара. Масштабная исследовательская задача состоит в том, чтобы максимизировать переход пара в жидкую фазу, повысив тем самым энергоэффективность эжектирования» – поделилась планами Яна Мартыненко.
Кроме того она рассказала «Форпосту» о предстоящем участии в доработке системы эжектирования отпарных газов на реальных производственных площадках. Подобное сотрудничество, как уже было сказано, успешно реализовано на базе «Газпром СПГ технологии». Интерес к совместной работе проявили также АО «Криогаз» и НПК «Ленпромавтоматика». А потенциальными интересантами являются практически все предприятия по сжижению природного газа. Например, «Газпром СПГ Портовая», «Ямал-СПГ», также иностранные производители.