Ученые Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета исследовали совместное действие поверхностно-активных веществ (ПАВ) и пористой среды на образование и разложение гидратов метана и гидратов природного газа.

Научные результаты представлены в статье, опубликованной в журнале Fuel.

«Газовые гидраты представляют собой твердые кристаллические вещества, внешне напоминающие лед и состоящие из молекул газа и воды, – объясняет заведующий кафедрой разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ, руководитель научного направления методов увеличения нефтеотдачи и нефтепромысловой химии НЦМУ "Рациональное освоение жидких углеводородов планеты" Михаил Варфоломеев. – Молекулы газа в условиях высоких давлений и низких температур содержатся внутри полостей каркасов, образованных молекулами воды. При этом один объем гидрата может вместить порядка 160 объемов газа. Перспективный метод хранения и транспортировки природного газа – это превращение его в газовые гидраты».

Природный газ, по словам исследователя, 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 чего 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.

Преимуществами гидратного метода транспортировки и хранения газов являются умеренные условия по температуре и давлению, а также безопасность и экологичность.

«Для России газогидратная технология 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. 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. Наша команда занимается поиском таких промотирующих систем», – сообщил Михаил Алексеевич.

Ранее группой исследователей КФУ, которые являются сотрудниками НИЛ «Методы увеличения нефтеотдачи» НЦМУ «Рациональное освоение жидких углеводородов планеты», был разработан реагент на основе сульфированного касторового масла, который хорошо показал себя как промотор гидратообразования, в сравнении с известным коммерческим реагентом – додецилсульфатом натрия. К тому же синтезированный в КФУ реагент не образует пены и является биоразлагаемым.

«Поскольку данных о совместном влиянии разных типов промотирующих агентов в научной литературе мало, мы решили изучить синергизм промоторов-ПАВ (синтезированного нами и 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 младший научный сотрудник НИЛ «Гидратные технологии утилизации и хранения парниковых газов» Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ Юлия Чиркова.

С помощью метода дифференциальной сканирующей калориметрии ученые КФУ исследовали влияние добавок сульфированного касторового масла и додецилсульфата натрия на образование гидратов метана и метан-пропановой газовой смеси в пористой среде, в качестве которой выступил 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. 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», – разъяснила Юлия Чиркова.

Исследования показали, что сульфированное касторовое масло обладает более высоким синергетическим эффектом с пористой средой и является перспективным реагентом для решения проблемы медленного гидратообразования при хранении и транспортировке природного газа. Конверсия газа в гидрат при совместном использовании песка и касторки увеличивается на 25 процентов, по сравнению с применением одного только касторового масла, а именно: с 70 до 95 процентов.