Разработка арктических месторождений, где сосредоточено более 80% российской добычи газа, сталкивается с серьезной проблемой. При транспортировке так называемого «кислого» газа, содержащего сероводород, внутри труб при низких температурах и высоком давлении быстро формируются газовые гидраты. Эти ледяные пробки могут полностью заблокировать магистраль за короткое время, что ведет к аварийным остановкам и большим экономическим потерям. Существующие методы борьбы с гидратами, такие как использование стандартных ингибиторов, термоизоляция или осушка газа, в условиях Арктики и на морском шельфе часто оказываются недостаточно эффективными, слишком дорогими или технически сложными. Особенно проблема актуальна для «кислого» газа, поскольку сероводород снижает действенность обычных реагентов.
Специалисты Пермского Политеха совместно с зарубежными коллегами нашли способ решить эту задачу. Они синтезировали новые ингибиторы, взяв за основу класс соединений — поликватерниумы, ранее не использовавшиеся для подобных целей. Исследователи создали два вещества: PQ-7 на синтетической основе и PQ-10 на основе модифицированной целлюлозы.
Их работа заключается в том, чтобы препятствовать кристаллизации воды и газа, не давая формироваться гидратам. Эффективность реагентов проверяли на экспериментальном стенде, моделирующем работу реального газопровода с давлением свыше 100 атмосфер и температурой около одного градуса Целсия. В качестве сравнения использовали применяемый сегодня коммерческий ингибитор и систему без какой-либо защиты.
Результаты испытаний показали, что без ингибиторов гидраты начинали образовываться через четыре часа. Стандартный реагент увеличивал это время до двенадцати часов. Новое вещество PQ-7 показало самый высокий результат, отодвинув начало кристаллизации более чем на двадцать четыре часа. При этом его эффективность достигалась уже при концентрации 0,1%, тогда как для аналога требовалось 0,5%. Это делает применение разработки более экономичным.
Кроме того, PQ-7 позволял системе охлаждаться до 1,8 °C без риска образования пробки, в то время как обычный ингибитор переставал работать при 7,7 °C. Второе вещество, PQ-10, также показало хороший результат, близкий к PQ-7, но для его работы, как и у стандартного реагента, нужна была более высокая концентрация. Дополнительным плюсом новых соединений стало низкое пенообразование, что упрощает их использование в промышленном оборудовании.
Для понимания механизма действия веществ ученые провели компьютерное моделирование на молекулярном уровне. Оно подтвердило, что частицы реагентов прикрепляются к растущим кристаллам льда и разрушают их структуру. Совпадение данных моделирования с лабораторными экспериментами доказало работоспособность подхода. Статья с результатами исследования была опубликована в журнале «Results in Engineering».
Ранее Наука Mail рассказывала, что в России разработали модель производства энергии из природного газа.
