Патентные исследования в области стационарного хранения сжиженного природного газа



Объектом данного патентного исследования являются стационарные хранилища сжиженного природного газа, способные обеспечить надежность и безопасность хранения. Исходными данными для проведения анализа является информация, содержащаяся в патентных фондах Российской Федерации — патенты, формулы полезных моделей и заявки на их получение в период с 1990 по 2016 год.

Ключевые слова: СПГ, стационарные хранилища СПГ, динамика патентования

Object of this patent research are the stationary storages of liquefied natural gas capable to ensure reliability and safety of storage. Basic data for carrying out the analysis is information which is contained in patent funds of the Russian Federation — patents, formulas of useful models and the requests for their receiving during the period from 1990 to 2016.

Keywords: LNG, dynamics of patenting, LNG stationary storages

1. Разнообразие технических решений

Несмотря на обширное разнообразие технологий и изобретений, имеющих место в области стационарного хранения сжиженного природного газа, запатентованных за последнее время (начиная с 1990 г.), в их возможно выделить схожие конструкторские решения.

К наиболее современным решениям задачи длительного хранения сжиженного природного газа относятся подземные хранилища (ПХ СПГ), количество модификаций которых среди запатентованных в России изобретений довольно велико. Подземные резервуары хранения СПГ, безусловно, имеют преимущества с точки зрения охраны окружающей среды. Данный способ хранения СПГ считается наиболее безопасным. При землетрясениях подземные резервуары хранения меньше страдают от смещения почвы, чем наземные сооружения, из-за чего в сейсмоопасных зонах подземные резервуары более безопасны. Кроме того, подземное расположение резервуара сокращает интенсивность теплопритоков из атмосферы. Неудивительно, что существенная доля изобретений основана на таком способе хранения СПГ (2 468 282, 2 232 342, 2 418 728, 2 431 770, 2 431 771, 2 468 282, 2 566 180, 2 566 325, 2 597 049, 2 451 872, 2 446 344, 2 298 722, 2 298 725, 2 510 360, 116 962, 2 327 624, 2 091 285).

Еще один класс изобретений — наземные резервуары хранения СПГ — также имеет единую принципиальную схему: во внешнем корпусе (железобетонном контейнере, кожухе) расположена внутренняя емкость (сосуд из коррозионностойких металлов и сплавов), между которыми размещена теплоизоляция (9 928, 2 244 204, 99 125 140, 2 262 033, 2 262 034, 2 379 577, 2 378 563, 2 452 890, 79 639, 2009 107 236, 2 437 026, 2 451 872, 2013 147 160, 2 544 624, 153 344) [1].

Теплоизоляция — важный элемент резервуара для хранения СПГ, обеспечивающий безопасность и надежность хранения, позволяющий исключить существенную долю потерь СПГ от испарения вследствие теплопритоков из окружающей среды. Проблемы ограничения и исключения проникновения теплопритоков к хранящемуся СПГ в современных изобретениях решаются различными методами. Например, пространство между внешним контейнером и внутренней емкостью резервуара для хранения СПГ может быть заполнено [1]:

1. уплотняющей и теплоизолирующей массой на основе природной глины, тонко размолотого известняка или шлака (2 244 204, 2001 112 779, 2 510 360, 2012 112 794 и др.);
2. многослойной изоляцией различных модификаций, например: первый слой изготовлен из пенополиуретана, второй, расположенный над первым слоем, — из композитного материала: армированного стекловолокна, металлопластика или стеклопластика (2 262 033, 2 262 034, 2001 101 727, 2009 107 236, 2 533 874 и др.);
3. вакуумно-порошковой изоляцией на основе порошка перлита (79 639, 2 437 026, 2 437 027, 2 520 765, 132 858 и др.);
4. инертной газовой средой: азотом, гелием, сухим воздухом и др. (2 451 872, 2 446 344, 2 544 624, 2 536 741 и др.);
5. инертной жидкостной средой (116 962 и др.).

Внешняя поверхность резервуара, испытывающая влияние атмосферных явлений, также нуждается в защите. Например, от солнечного излучения поверхность резервуара защищают с помощью многослойных отражающих пленок (168 774).

Элементы, соединяющие внешнюю и внутреннюю емкости (стойки, подставки, упоры) резервуара, также выполнены из материалов с низкой теплопроводностью (2 437 026, 2 437 027, 79 639 и др.).

Для большей надежности и безопасности внутренний резервуар (непосредственно хранящий СПГ) может быть выполнен в виде металлической мембранной емкости, конструкция которой способна в некоторой мере подавлять температурные деформации металла (2 522 691, 2012 122 343 и др.).

Внешняя оболочка резервуара, необходимая для локализации утечек СПГ вследствие нарушения целостности внутренней емкости, также может быть усилена с помощью различных технологий: стяжная арматура (2 468 282), комбинированное (стержневое, дисперсное, фибровое) армирование нержавеющей сталью (2 597 049), кольца (ребра) жесткости (153 344, 2 533 874) и др. [1].

Материалы, из которых изготавливаются элементы резервуаров для хранения СПГ, должны обладать устойчивостью к воздействию очень низких температур (в большей степени относится к внутренней емкости), поэтому для изготовления оборудования, предназначенного для хранения и транспортировки СПГ, используются только конструкционные материалы (в основном стали, алюминиевые сплавы) с высокой ударной вязкостью при криогенных температурах (2 414 520 и др.).

Особое внимание следует уделить установкам для длительного хранения СПГ на основе криогенных машин, работающих по циклу Стирлинга, характерной особенностью которых является наличие замкнутого азотного (гелиевого) контура охлаждения испарившегося СПГ, необходимого для его переконденсации в жидкую фазу (2 156 415, 2 156 931, 2 159 908, 2 159 909, 2 151 976, 2 151 978, 2 151 979, 2 150 057, 2 162 580).

Разработаны конструкции металлических баллонов для хранения небольших объемов СПГ различных модификаций (163 810, 2 355 942, 24 868, 2 262 033, 2 262 034, 2001 101 727, 2 027 943, 94 027 787, 94 026 983, 93 025 748) [1].

2. Динамика патентования изобретений

По результатам патентных исследований была построена кривая динамики патентования изобретений, относящихся к области стационарного хранения сжиженного природного газа (рисунок 1).

Рис. 1. Динамика патентования изобретений, относящихся к области стационарного хранения сжиженного природного газа

Проанализировав кривую динамики патентования в исследуемой области, заключаем, что в целом темп патентования с 1990 г. сохранялся на одном уровне, хоть и довольно низком — 1–2 заявки в год (за исключением нескольких скачков в 1999 и 2005 гг.), ориентировочно до 2007–2008 гг., когда количество заявок на изобретения начало ежегодно возрастать и в среднем достигло 5–6-ти заявок в год. Исходя из анализа динамики патентования и ее роста в начавшееся второе десятилетие ХХI века, очевидно, что изобретение, модернизация и реализация средств и технологий хранения сжиженных газов является весьма перспективным направлением исследований.

3. Лидеры-патентообладатели исследуемой области

Перечень юридических лиц (научно-исследовательских центров, университетов, организаций и др.) и физических лиц, являющихся лидерами-патентообладателями в области хранения сжиженных газов, представлен в таблице 1.

Таблица 1

Лидеры-патентообладатели вобласти стационарного хранения СПГ

№	Патентообладатель	Временной интервал патентования	Доля РИ/ ЗИЗ/ ФПМ	Основное направление исследований
Юридические лица
1	Военный инженерно-космический университет им. А. Ф. Можайского	1991 г. 1999 г.	18–20 %	Хранилища сжиженных газов на основе криогенных машин, работающих по циклу Стирлинга (2 156 415, 2 156 931, 2 159 908, 2 159 909, 2 151 976, 2 151 978, 2 151 979, 2 150 057, 2 162 580).
2	ФГВОУ ВПО «Военная академия материально-технического обеспечения им. генерала армии А. В. Хрулева» Министерства обороны РФ (совместно с военным инженерно-техническим университетом)	2005 г. 2009–2015 гг.	15 %	Экономичные пожаро- и взрывобезопасные подземные хранилища сжиженного природного газа (ПХ СПГ), используемые для накопления, хранения (выдачи) и резервирования СПГ, их различные конструктивные решения, способы увеличения их надежности и безопасности (2 232 342, 2 418 728, 2 431 770, 2 431 771, 2 468 282, 2 566 180, 2 566 325, 2 597 049, 2 451 872, 2 446 344, 2 298 722, 2 298 725).
3	Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ)	2012–2013 гг.	3 %	Конструкции мембранных грузовых емкостей для хранения сжиженного природного газа (2 522 691). Резервуары из композитных материалов для хранения СПГ и способы их изготовления (2 533 874).
Физические лица
4	Лазарев А. Н.	2005–2013 гг.	5 %	Хранилища СПГ, представляющие собой железобетонные контейнеры, расположенные ниже уровня земли, покрытые снаружи гидроизоляцией, в которых на подставках из материала с низкой теплопроводностью установлены внутренние резервуары для хранения СПГ (2 544 624, 2 536 741). Конструкции подземных хранилищ СПГ, используемых для накопления, хранения (выдачи) и резервирования СПГ, способы увеличения их надежности, способы их заполнения (2 468 282 и др.).
5	Карминский В. Д.	1991–1994 гг.	4 %	Хранилища сжиженного природного газа, представляющие собой теплоизолированные емкости, перемешивание СПГ в которых осуществляется с помощью устройств, основанных на термопарах (2 027 943) или полых торах (94 026 983).
6	Кириллов Н. Г.	2000–2001 гг.	3 %	Топливные емкости для долговременного хранения СПГ, состоящие из внутреннего коррозионно-стойкого сосуда и слоев изоляции (2 262 034, 2 262 033).

Исходя из данных таблицы 1, возможен вывод о том, что лидирующие позиции по количеству изобретений в области хранения сжиженного природного газа в Российской Федерации занимают Военный инженерно-космический университет им. А. Ф. Можайского и Военная академия материально-технического обеспечения им. генерала армии А. В. Хрулева (совместно с военным инженерно-техническим университетом). Среди физических лиц патентообладателями (заявителями) существенной доли патентов (заявок) в исследуемой области являются Лазарев А. Н., Карминский В. Д., Кириллов Н. Г. (всего около 10 %).

Заметим, что доля изобретений лидеров-патентообладателей от общего их количества довольно невысока (в сумме около 1/3), что говорит об относительно большом количестве патентообладателей (как юридических, так и физических лиц), а значит, и о довольно обширном разнообразии изобретений.

Сопоставив общую динамику патентования (рисунок 1) с временными интервалами «активности» лидеров-патентообладателей (таблица 1), можно говорить о том, что скачкам в темпах патентования соответствуют именно эти интервалы. Большая часть изобретений Военного инженерно-космического университета им. А. Ф. Можайского запатентована в 1999 г.; существенная доля изобретений Военной академии материально-технического обеспечения им. генерала армии А. В. Хрулева (совместно с военным инженерно-техническим университетом) запатентована в 2005 г., а рост темпов патентования во второй декаде ХХI века также частично определен активностью академии в этот период.

Литература:

1. Интернет-сайт Федерального государственного бюджетного учреждения «Федеральный институт промышленной собственности» (ФИПС) [Электронный ресурс] / Электронный каталог патентно-правовой литературы. — Открытый доступ: http://www.fips.ru/ (Дата обращения: 23.04.2017).