Газогидратные энергетические системы

Газовые гидраты представляют структуры, в которых молекулы газа заключены в кристаллической решетке льда, образуя при этом стабильные комплексы в условиях низкой температуры и высокого давления. В природе такие гидраты располагаются на морском дне и в арктических регионах. По подсчетам исследователей, объем природного газа, заключенный в залежах гидрата, составляет не менее 2·1016 м3. Благодаря высокой плотности энергии природный газовый гидрат является перспективным источником энергии. В настоящее время добыча газа из гидратов является важной задачей в связи с исчерпаемостью традиционных ископаемых источников энергии. Ведущие мировые научные центры активно исследуют методы добычи и транспортировки газа в виде гидрата. Соответствующие технологические решения позволят газифицировать население в труднодоступных районах, а также выполнить сепарацию природного и дымового газа. После полученный газ сжигается в энергоустановках, где выделяется двуокись углерода, которую можно использовать в системах пожарной безопасности, химических и иных приложениях. Однако в настоящее время данные методы является недостаточно проработанным для их практического применения. Наиболее экологически чистым и дешевым из ископаемых топлив является природный газ. В связи с этим прогнозируется увеличение спроса на природный газ, что повлечет за собой его активную добычу. Однако после добычи его необходимо подготовить к транспортировке потребителю. Сырой природный газ помимо метана содержит тяжелые углеводороды, воду, углекислый газ, сероводород, гелий, механические примеси и др. Сепарация природного газа необходима для выделения целевых компонентов, таких как метан, который является основным топливным компонентом. Наличие других газов может негативно сказаться на качестве топлива и эффективности его использования. Так, присутствие азота в топливной газовой смеси приводит к снижению ее теплотворной способности. Если азот не удалить из газовой смеси перед подачей в котлоагрегат, то это приведет к уменьшению тепловой мощности котла и повышению расхода топлива. Также наличие СО2 в составе природного газа оказывает негативное воздействие: он не поддерживает горение и снижает калорийность газа. Кроме того, CO₂ способствует коррозии металлических элементов оборудования, особенно при высоких температурах, что приводит к снижению срока службы установок. Другие углеводороды, такие как этан, пропан и бутан, могут оставаться в составе природного газа без необходимости их удаления, поскольку они являются горючими компонентами и повышают теплоту сгорания газа. Однако их содержание должно контролироваться для обеспечения безопасности процесса сжигания газа. Комплексный подход проекта состоит в обеспечении использования инертных газов в гидратных системах для локализации возгораний в резервуарах с жидкими углеводородами. В ходе цикла численных и экспериментальных исследований будут разработаны инновационные решения по обеспечению пожарной безопасности промышленных объектов хранения резервуаров с углеводородными топливами объемом до 10 000 м3. Настоящий проект направлен на создание научных основ технологического применения газовых гидратов в энергетических системах: экспериментальные методики, стенды, гипотезы, результаты экспериментальных и теоретических исследований в виде видеограмм, кадров, зависимостей, полей и распределений основных характеристик процессов, безразмерных соотношений и комплексов. Они позволят обобщить полученные данные, масштабировать и переносить на разные по производительности установки. Сформированный в проекте подход не только направлен на создание энергоэффективных и экологически устойчивых способов газификации населения и локализации возгораний на резервуарах с жидкими углеводородами, но и предоставляет инновационные решения для минимизации воздействия на окружающую среду в области энергетики.