Ученые Казанского федерального университета (КФУ) разработали реагент на основе сульфированного касторового масла, который можно использовать для образования гидратов – кристаллических веществ, напоминающих лед и состоящих из молекул газа и воды. Результаты исследования опубликованы в международном журнале Fuel.
Физически гидраты представляют собой молекулы воды, которые при высоком давлении и низкой температуре превращаются в своего рода каркасы, внутри которых содержатся молекулы газа. Один объем гидрата может «вмещать» 160 объемов газа, который можно извлечь с помощью простого нагрева, при этом образующуюся при таянии воду использовать повторно. «Главным недостатком гидратной технологии, затрудняющим ее широкое внедрение, является низкая скорость образования и роста гидратов. Для решения этой проблемы используются так называемые промотирующие агенты, способные ускорять процесс гидратообразования, например, химические вещества–промоторы, наночастицы, пористые среды», – цитирует КФУ Михаила Варфоломеева, заведующего кафедрой Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета.
Наиболее известным коммерческим реагентом является додецилсульфат натрия – натриевая соль лаурилсерной кислоты, которая обычно используется в промышленности как сильное чистящее и смачивающее средство. Ученые КФУ в ходе эксперимента сравнили, как добавки додецилсульфата натрия и сульфированного касторового масло влияют на образование гидратов метана и метан-пропановой газовой смеси в пористой среде, в роли которой использовался кварцевый песок.
«Нами было показано, 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», – цитирует КФУ Юлию Чиркову, младшего научного сотрудника Института геологии и нефтегазовых технологий Университета. «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».
Исследование также показало, что касторовое масло усиливает свой эффект при взаимодействии с пористой средой. Если при использовании исключительно «касторки» конверсия газа в гидрат составляет 70%, то при его применении с песком этот показатель достигает 95%.
Масштабирование и коммерциализация новой технологии может облегчить освоение малых и средних месторождений, для которых применение традиционных методов хранения и транспортировки является капиталоемким. «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», – приводит КФУ слова Михаила Варфоломеева.
