04.05.2023
В КФУ эффективно развивают гидратные исследования для газификации удаленных регионов
Для синтеза нового вида промоторов использованы биоразлагаемые и нетоксичные вещества. Применение промоторов является актуальным и своевременным решением для получения гидратных пеллет для дальнейшего хранения и транспортировки природного газа.
К сегодняшнему дню ученые Казанского федерального университета могут с уверенностью представить целый спектр инновационных технологий, способствующих решению проблем углеродного следа, декарбонизации и более эффективному использованию попутного нефтяного газа. Среди них можно выделить перспективные промоторы гидратообразования, которые были разработаны и прошли успешные лабораторные испытания в молодежной лаборатории «Гидратных технологий утилизации и хранения парниковых газов» Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ, поддержанной Министерством науки и высшего образования РФ. Как рассказывают специалисты данной лаборатории, анионные поверхностно-активные вещества и производные аминокислот оказались очень эффективны в роли активаторов роста газогидратов для технологии хранения газа. С помощью разработки ученых КФУ стране открывается перспектива отказа от сжигания попутного нефтяного газа на месторождениях. Более того, разработка является актуальным и своевременным решением для освоения малых и средних месторождений России, где ранее использовать традиционные методы хранения и транспортировки было попросту невыгодно, а также открывает новые возможности для газификации удаленных населенных пунктов. Сложным препятствием для использования существующих коммерческих промоторов является излишне обильное пенообразование во время стадии регазификации. Кроме того, некоторые из них являются небезопасными для окружающей среды и могут оказывать негативное воздействие. Решение обозначенных проблем казанские ученые видят в новых промоторов, подробности разработки опубликованы в Energy&Fuels.
В ходе данного исследования ученые КФУ разработали новые производные аминокислот в качестве первоклассных промоторов, превосходящих по эффективности поверхностно-активные вещества, но при этом не обладающие проблемами пенообразования во время формирования и разложения газовых гидратов. Результаты экспериментов в автоклаве высокого давления доказали, что все производные аминокислот значительно улучшают кинетику образования гидрата метана. Все это позволяет представить мировой арене технологию, созданную на основе перспективных соединений для транспортировки и хранения газа.
«Синтезированные нами промоторы, в отличие от большинства используемых соединений, не являются поверхностно-активным веществами (ПАВ). К сожалению, большинство ПАВ токсичны и образуют большое количество пены при диссоциации гидратов, что усложняет их использование. Наши соединения не обладают данными свойствами», – подчеркивает лаборант исследователь НИЛ «Гидратных технологий утилизации и хранения парниковых газов» ИГиНГТ Шамиль Гайнуллин.
«Разработка имеет как прикладное, так и фундаментальное значение. Нам удалось выявить зависимость «структура-свойство», что важно для установления механизмов промотирования гидратообразования. Более того исследование позволило совершить ещё один рывок навстречу промышленной реализации гидратной технологии хранения и транспортировки газа в России», – рассказала младший научный сотрудник НИЛ «Гидратных технологий утилизации и хранения парниковых газов» ИГиНГТ Юлия Чиркова.
Но от направления использования ПАВ казанские ученые полностью не отказываются и путем своих разработок пытаются решить их негативные стороны, повышая эффективность гидратных технологий. В следующем исследовании ученые КФУ впервые представили эффективный класс карбоксисульфированных поверхностно-активных веществ (CSS) – в качестве промоторов газогидратов. Подробности работы были опубликованы в ACS Applied Energy Materials. В качестве оптимальных промоторов были выбраны реагенты с бутильными и додецильными фрагментами в молекуле. Результаты экспериментов в автоклаве высокого давления показали, что гидрофильно-гидрофобный баланс сильно влияет на их промотирующую активность.
«Мы первыми показали, что данные соединения эффективно промотируют процесс гидратообразования. Проведенная работа позволит создавать отечественные реагенты для хранения и транспортировки газа в виде гидратов. В обыденности карбоксисульфированные поверхностно-активные вещества (CSS) добавляются в состав многих шампуней и моющих средств, мы же использовали карбоксисульфированные поверхностно-активные вещества (CSS) как промоторы гидратообразования. Они имеют хорошую степень биодеградации, то есть в условиях окружающей среды они лучше разлагаются, чем известные ходовые промоторы. Также наши промоторы не являются токсичными, имеют высокий профиль безопасности для живых организмов и окружающей среды, что было показано в наших исследованиях», – рассказал о новатике разработки ведущий научный сотрудник НИЛ «Гидратных технологий утилизации и хранения парниковых газов» ИГиНГТ Роман Павельев.
Данные промоторы можно синтезировать простым методом в мягких условиях. В их состав может быть включен широкий спектр исходных веществ для изменения их физико-химических свойств и повышения эффективности промотирования – всё это также можно включить в преимущества разработки казанских ученых.
«Было синтезировано семь молекул с различными алкильными цепями для исследования влияния структурных свойств поверхностно-активного вещества на образование газовых гидратов», – пояснил научный сотрудник НИЛ Гидратных технологий утилизации и хранения парниковых газов ИГиНГТ Матвей Семенов.
«В ближайшее время будут реализованы работы по повышению эффективности промотирования и снижению пенообразования при диссоциации газогидрата. Кроме того, в структуру поверхностно-активного вещества будут включены некоторые новые функциональные группы, что значительно улучшит кинетику образования гидрата метана. Уже в ближайшее время будет изучен эффект наших промоторов на образование гидрата CO2, что решает проблему утилизации парниковых газов», – подытожил младший научный сотрудник НИЛ Гидратных технологий утилизации и хранения парниковых газов ИГиНГТ Абдолреза Фархадиан. Не менее активно развивается работа с партнерами. В этом году совместно с представителями промышленности в Казанском университете будет создана уникальная лабораторная установка по синтезу и исследования искусственного образования гидратов.
«В рамках лаборатории мы активно работаем над гидратными технологиями для нескольких применений. В первую очередь это утилизация попутного нефтяного газа и углекислого газа, а также использование гидратов для хранения и транспортировки ПНГ в качестве источника энергии и ценного сырья. Особенно актуальны гидратные технологии для удаленных регионов и регионов Крайнего Севера, где широко используемые способы доставки природного газа оказываются сложно реализуемыми и дорогими. Нам удалось разработать промоторы, которые обеспечивают хорошую эффективность стадии получения гидратов за счет высокой скорости процесса и хорошей конверсии газа. Теперь мы сосредоточились над тем, как сделать гидрат стабильным при более мягких условиях, что очень важно для упрощения требований к емкостям для хранения и транспортировки», – поделился руководитель лаборатории и заведующий кафедрой разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов ИГиНГТ КФУ Михаил Варфоломеев.