29.01.2023
Сто семьдесят объемов газа в одном: ученые научились «упаковывать» топливо для транспортировки быстрее и эффективнее
Для транспортировки и хранения природного газа специалисты «заключают» его в газовые гидраты. Это кристаллическое вещество, которое внешне напоминает лед. Один объем гидрата позволяет вместить до 170 объемов газа. Исследователи из подведомственного Минобрнауки России Казанского федерального университета (КФУ) показали, что использование сульфированного касторового масла вместе с кварцевым песком ускоряет процесс образования гидратов и позволяет «вместить» больше топлива: конверсия газа в гидрат при совместном использовании касторки и песка увеличивается до 95%.
Ученые Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ исследовали совместное действие поверхностно-активных веществ (ПАВ) и пористой среды на образование и разложение гидратов метана и гидратов природного газа. «Природный газ может быть переведен в гидратную форму при высоком давлении и низкой температуре с использованием воды и небольшого количества добавок-промоторов для транспортировки или хранения. После этого его легко извлечь из гидрата путем простого нагрева или сброса давления для дальнейшего использования в качестве топлива. При этом вода, образовавшаяся при «таянии» гидрата, может применяться повторно», – рассказал Михаил Варфоломеев, заведующий кафедрой разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ, руководитель научного направления методов увеличения нефтеотдачи и нефтепромысловой химии научного центра мирового уровня (НЦМУ) «Рациональное освоение жидких углеводородов планеты»
Среди преимуществ гидратного метода транспортировки и хранения газов умеренные условия по температуре и давлению, а также его безопасность и экологичность. «Для России газогидратная технология особенно актуальна с точки зрения освоения малых и средних месторождений, для которых невозможно или нерентабельно использовать традиционные методы хранения и транспортировки. При этом с помощью газовых гидратов возможно снизить сжигание попутного нефтяного газа на месторождениях, а также газифицировать малые населенные пункты. Низкие температуры, характерные для российского севера, в данном случае являются преимуществом при внедрении гидратной технологии», – отметил Михаил Варфоломеев.
При этом скорость образования таких гидратов остается достаточно низкой, что затрудняет внедрение этой технологии в широкую практику. Для решения этой проблемы ученые предлагают использовать промотирующие системы – агенты, способные ускорять гидратообразование, ими могут выступать, например, химические вещества-промоторы, наночастицы, пористые среды. Ранее сотрудники научно-исследовательской лаборатории увеличения нефтеотдачи НЦМУ «Рациональное освоение жидких углеводородов планеты» разработали ПАВ на основе сульфированного касторового масла, который хорошо показал себя как промотор образования гидратов в сравнении с известным коммерческим реагентом – додецилсульфатом натрия. К тому же синтезированный в КФУ реагент практически не образует пены и является биоразлагаемым.
«Поскольку данных о совместном влиянии разных типов промотирующих агентов в научной литературе мало, мы решили изучить синергический эффект промоторов-ПАВ (синтезированного нами и другого известного) и пористой среды. Наши исследования, с одной стороны, важны для понимания поведения гидратов природного газа, а с другой, – для их практического применения в процессах транспортировки и хранения», – рассказала Юлия Чиркова, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории гидратных технологий утилизации и хранения парниковых газов Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ. С помощью метода дифференциальной сканирующей калориметрии ученые сравнили влияние добавок сульфированного касторового масла и додецилсульфата натрия на образование гидратов метана и метан-пропановой газовой смеси в пористой среде, в качестве которой был выбран кварцевый песок.
«Мы показали, что в случае гидрата метана при добавлении в систему промоторов в концентрации 0,5 процента количество гидрата в системе увеличивается с ростом отношения массы песка к раствору, в отличие от системы с чистой водой. Вероятно, это связано с тем, что промоторы увеличивают рост гидратов на стенках реактора. Этот эффект не наблюдается для гидратов газовой смеси, что указывает на различия в промотировании гидратов со структурой sI (гидрат метана) и sII (гидрат природного газа). Кинетические расчеты с использованием уравнения Аврами показали, что оба реагента (сульфированное касторовое масло и додецилсульфат натрия) увеличивают скорость образования гидратов, но созданный в КФУ реагент позволяет сделать это при более мягких условиях», – пояснила опубликованные результаты эксперимента Юлия Чиркова. Сульфированное касторовое масло усиливает свой эффект при взаимодействии с пористой средой: конверсия газа в гидрат при совместном использовании песка и касторки увеличивается на 25% – с 70% до 95% – по сравнению с применением одного только касторового масла.
Напомним, что научные центры мирового уровня (НЦМУ) созданы в рамках национального проекта «Наука и университеты». На сегодняшний день успешно реализуют свои проекты 17 НЦМУ (три геномных, четыре математических и 10 по приоритетам научно-технического развития страны).
Источник: Минобрнауки России →