В рамках целей «двойного углерода» диоксид углерода является не только основным парниковым газом, но и важным природным рабочим телом и промышленным сырьём. Компрессоры CO₂ играют заметную роль в двух основных областях: CCUS (улавливание, использование и хранение углерода), а также транскритическое охлаждение на CO₂ и тепловые насосы. По сравнению с системами на аммиаке и фреоне системы на CO₂ работают при более высоком давлении, что предъявляет особые требования к компрессорам и делает их ключевым оборудованием в цепочке низкоуглеродных технологий.
Особые условия работы компрессоров CO₂ проявляются прежде всего в эксплуатации при высоком давлении. Давление на стороне высокого давления транскритического цикла CO₂ может достигать 10–12 МПа, что значительно превышает показатели обычных холодильных систем. Критическая температура CO₂ составляет 31,1 °C; при температуре окружающей среды после охлаждения он находится в сверхкритическом состоянии, поэтому компрессор должен адаптироваться к транскритическим условиям работы. Высокие перепады давления и высокая плотность газа предъявляют повышенные требования к подшипникам, уплотнениям и клапанным пластинам. В то же время CO₂ обладает плохой совместимостью с традиционными смазочными маслами, что требует применения специальных масел POE или PAG для обеспечения смазки и срока службы системы.
В области применения транскритические холодильные системы на CO₂ уже реализованы в различных сценариях. В холодильной цепи супермаркетов они широко применяются в Европе и США, а экологические нормативы стимулируют их внедрение взамен фреона. В сфере горячего водоснабжения с тепловыми насосами тепловые насосы на CO₂ способны производить горячую воду с температурой выше 90 °C, что подходит для гостиниц, больниц и аналогичных объектов. В промышленном замораживании компрессоры CO₂ также часто используются на низкотемпературной ступени каскадных систем для скороморозильных камер и аппаратов индивидуальной заморозки. В области CCUS улавливание после сжигания требует улавливания CO₂ из дымовых газов электростанций и повышения его давления до давления трубопроводного транспорта; транспортировка сверхкритического CO₂ по трубопроводам требует крупных компрессоров; а повышение нефтеотдачи и хранение предполагают закачку CO₂ в нефтяные пласты для увеличения нефтеотдачи или в глубокие солевые водоносные горизонты для хранения. Кроме того, такие химические и пищевые процессы, как синтез мочевины и производство газированных напитков, также неразрывно связаны с компрессорами CO₂.
Что касается выбора типа, поршневые компрессоры подходят для сценариев с высоким давлением и малым расходом, например для заполнения CO₂; винтовые компрессоры подходят для среднего давления и большого расхода, например для транскритических холодильных систем на CO₂; центробежные компрессоры подходят для крупномасштабных проектов улавливания углерода CCUS, обеспечивая большой расход и высокую эффективность; мембранные компрессоры подходят для сжатия CO₂ высокой чистоты, поскольку позволяют избежать загрязнения маслом. Каждый тип имеет свои границы применения, и выбор должен определяться комплексно с учётом давления, расхода, чистоты и эксплуатационных затрат.
Технические сложности сосредоточены главным образом в области уплотнений высокого давления, оптимизации эффективности, материалов, стойких к давлению, и интеллектуального управления. Для уплотнений высокого давления могут применяться комбинированные решения, такие как сухие газовые уплотнения и магнитожидкостные уплотнения. Транскритический цикл характеризуется относительно большими потерями на дросселирование, и эффективность может быть повышена за счёт рекуперации работы с помощью детандера и оптимизации внутренних проточных каналов компрессора. В части материалов всё шире применяются рабочие колёса из высокопрочных сплавов и дуплексной нержавеющей стали. Давление в транскритических системах изменяется в зависимости от температуры окружающей среды, что требует оптимизации давления нагнетания в реальном времени; поэтому интеллектуальное управление стало стандартной функцией.
В отношении рыночных перспектив глобальные проекты CCUS развёртываются ускоренными темпами, и спрос на компрессоры CO₂ быстро растёт. Регламент F-Gas ЕС стимулирует замену ГФУ холодильными системами на CO₂ в супермаркетах и промышленных применениях. В рамках политики «двойного углерода» в Китае последовательно запускаются демонстрационные проекты CCUS, и перед отечественными компрессорами CO₂ открываются важные возможности. Можно предвидеть, что компрессоры CO₂ являются ключевым оборудованием, связывающим «сокращение выбросов» и «экологичное охлаждение». По мере совершенствования углеродного рынка и экологического законодательства технология сжатия CO₂ вступит в период быстрого роста. Компания также продолжит углублять свою деятельность в этой области, развивая инновации в направлениях уплотнений высокого давления, транскритического управления, высокоэффективного сжатия и интеллектуального обслуживания и эксплуатации, чтобы предоставлять более надёжные и эффективные решения для сжатия в области CCUS и экологичного охлаждения.
