Казанский (Приволжский) федеральный университет

Промотирование гидратообразования с использованием сульфосукцинатов многоатомных и циклических спиртов: исследования в динамических условиях

Ю.Ф. Чиркова, У.Ж. Мирзакимов, М.Е. Семенов, С.А. Назарычев, Р.С. Павельев, М.А. Варфоломеев, С.А. Ситнов

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2022.4.551-566

Для цитирования: Чиркова Ю.Ф., Мирзакимов У.Ж., Семенов М.Е., Назарычев С.А., Павельев Р.С., Варфоломеев М.А., Ситнов С.А. Промотирование гидратообразования с использованием сульфосукцинатов многоатомных и циклических спиртов: исследования в динамических условиях // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2022. – Т. 164, кн. 4. – С. 551–566. – doi: 10.26907/2542-064X.2022.4.551-566.

For citation: Chirkova Yu.F., Mirzakimov U.Zh., Semenov M.E., Nazarychev S.A., Pavelyev R.S., Varfolomeev M.A., Sitnov S.A. Promotion of hydrate formation with the use of polyatomic and cyclic alcohols sulfosuccinates: Studies under dynamic conditions. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2022, vol. 164, no. 4, pp. 551–566. doi: 10.26907/2542-064X.2022.4.551-566. (In Russian)

Аннотация

В связи со все возрастающим потреблением природного газа как наиболее экологичного из всех видов ископаемого топлива остается актуальным вопрос его эффективной транспортировки и хранения. Технология отвержденного природного газа, основанная на образовании газовых гидратов, является привлекательной альтернативой существующим методам благодаря своей экологичности, безопасности, умеренным термобарическим условиям и простоте регазификации. Низкая скорость образования гидратов, препятствующая широкомасштабному внедрению данной технологии, может быть преодолена с использованием химических добавок – промоторов гидратообразования. В работе представлены новые промотирующие агенты на основе сульфосукцинатов циклических и многоатомных спиртов. Приведены результаты исследований промотирующей активности соединений в автоклавах высокого давления, а также изучены пенообразование и межфазное натяжение. Показано, что синтезированные реагенты интенсифицируют гидратообразование по сравнению с чистой водой, при этом, в отличие от известного коммерческого реагента додецилсульфата натрия, не образуют стабильной пены, что принципиально важно с точки зрения эксплуатационных свойств промоторов.

Ключевые слова: газовые гидраты, кинетические промоторы гидратообразования, хранение природного газа, сульфосукцинаты

Благодарности. Работа выполнена за счет субсидии, выделенной Казанскому федеральному университету на выполнение государственного задания в сфере научной деятельности (проект № FZSM-2021-0025).

Литература

Veluswamy H.P., Kumar A., Seo Y., Lee J.D., Linga P. A review of solidified natural gas (SNG) technology for gas storage via clathrate hydrates // Appl. Energy. – 2018. – V. 216. – P. 262–285. – doi: 10.1016/j.apenergy.2018.02.059.
Economides M.J., Wood D.A. The state of natural gas // J. Nat. Gas Sci. Eng. – 2009. – V. 1, No 1–2. – P. 1–13. – doi: 10.1016/j.jngse.2009.03.005.
Guo B., Ghalambor A. Natural Gas Engineering Handbook. – Gulf Publ. Comp., 2012. – 472 p.
Истомин В.А., Якушев В.С. Газовые гидраты в природных условиях. – М.: Недра, 1992. – 236 с.
Chen J., Wu J., Zeng Y., Liang Z., Chen G., Liu B., Li Z., Deng B. Self-preservation effect exceeding 273.2 K by introducing deuterium oxide to form methane hydrate // Chem. Eng. J. – 2022. – V. 433, Pt. 1. – Art. 134591, P. 1–8. – doi: 10.1016/j.cej.2022.134591.
Истомин В.А., Якушев В.С., Махонина Н.А., Квон В.Г., Чувилин Е.М. Эффект самоконсервации газовых гидратов // Газовые гидраты. Приложение к журн. «Газовая промышленность». – 2006. – Спецвыпуск. – С. 36–46.
Deng Z., Wang Y., Lang X., Li G., Yu C., Wang S., Fan S. Fast formation kinetics of methane hydrate promoted by fluorinated graphite // Chem. Eng. J. – 2022. – V. 431, Pt. 1. – Art. 133869, P. 1–12. – doi: 10.1016/j.cej.2021.133869.
Chen J., Wang T., Zeng Z., Jiang J.-H., Deng B., Chen C.-Z., Li J.-Y., Li C.-H., Tao L.-M., Li X. Oleic acid potassium soap: A new potential kinetic promoter for methane hydrate formation // Chem. Eng. J. – 2019. – V. 363. – P. 349–355. – doi: 10.1016/j.cej.2019.01.148.
Pavelyev R.S., Gainullin S.E., Semenov M.E., Zaripova Y.F., Yarkovoi V.V., Luneva A.I., Farhadian A., Varfolomeev M.A. Dual promotion–inhibition effects of novel ethylenediaminetetraacetic acid bisamides on methane hydrate formation for gas storage and flow assurance applications // Energу Fuels. – 2022. – V. 36, No 1. – P. 290–297. – doi: 10.1021/acs.energyfuels.1c03381.
Majid A.A.A., Worley J., Koh C.A. Thermodynamic and kinetic promoters for gas hydrate technological applications // Energy Fuels. – 2021. – V. 35, No 23. – P. 19288–19301. – doi: 10.1021/acs.energyfuels.1c02786.
Jiang L., Cheng Z., Li S., Xu N., Xu H., Zhao J., Liu Y., Yu M., Song Y. High-efficiency gas storage via methane-tetrahydrofuran hydrate formation: Insights from hydrate structure and morphological analyses // Fuel. – 2022. – Art. 122494, P. 1–10. – doi: 10.1016/j.fuel.2021.122494.
Ahmadpanah S.J., Manteghian M., Ganji H. Effect of cyclopentane and sodium chloride on the formation kinetics of natural gas hydrate in different operating conditions // J. Nat. Gas Sci. Eng. – 2022. – V. 99. – Art. 104417, P. 1–10. – doi: 10.1016/j.jngse.2022.104417.
Mohammadi A.H., Richon D. Phase equilibria of binary clathrate hydrates of nitrogen+ cyclopentane/cyclohexane/methyl cyclohexane and ethane+cyclopentane/cyclohexane/ methyl cyclohexane // Chem. Eng. Sci. – 2011. – V. 66, No 20. – P. 4936–4940. – doi: 10.1016/j.ces.2011.06.014.
Wang F., Xia X., Lv Y., Cheng C., Yang L., Zhang L., Zhao J., Song Y. Experimental study on the thermodynamic performance of a novel tetrabutylammonium bromide hydrate cold storage system // J. Energy Storage. – 2022. – V. 48. – Art. 103980, P. 1–14. – doi: 10.1016/j.est.2022.103980.
Zang X., Wan L., He Y., Liang D. CO₂ removal from synthesized ternary gas mixtures used hydrate formation with sodium dodecyl sulfate (SDS) as additive // Energy. – 2020. – V. 190. – Art. 116399, P. 1–11. – doi: 10.1016/j.energy.2019.116399.
Bhattacharjee G., Linga P. Amino acids as kinetic promoters for gas hydrate applications: A mini review // Energy Fuels. – 2021. – V. 35, No 9. – P. 7553–7571. – doi: 10.1021/acs.energyfuels.1c00502.
Liu F.-P., Li A.-R., Wang J., Luo Z.-D. Iron-based ionic liquid ([BMIM][FeCl₄]) as a promoter of CO₂ hydrate nucleation and growth // Energy. – 2021. – V. 214. – Art. 119034, P. 1–10. – doi: 10.1016/j.energy.2020.119034.
Nesterov A.N., Reshetnikov A.M., Manakov A.Yu., Adamova T.P. Synergistic effect of combination of surfactant and oxide powder on enhancement of gas hydrates nucleation // J. Energy Chem. – 2017. – V. 26, No 4. – P. 808–814. – doi: 10.1016/j.jechem.2017.04.001.
Wang F., Song F.-P., Li C., Sun M.-T. Promoted methane hydrate formation in -SO₃^--rich hydrogel clathrate // Fuel. – 2022. – V. 323. – Art. 124398, P. 1–8. – doi: 10.1016/j.fuel.2022.124398.
Farhadian A., Stoporev A.S., Varfolomeev M.A., Zaripova Y.F., Yarkovoi V.V., Semenov M.E., Kiiamov A.G., Pavelyev R.S., Aimaletdinov A.M., Mohammad T. Sulfonated castor oil as an efficient biosurfactant for improving methane storage in clathrate hydrates // ACS Sustainable Chem. Eng. – 2022. – V. 10. – P. 9921–9932. – doi: 10.1021/acssuschemeng.2c02329.
Pandey G., Bhattacharjee G., Veluswamy H.P., Kumar R., Sangwai J.S., Linga P. Alleviation of foam formation in a surfactant driven gas hydrate system: Insights via a detailed morphological study // ACS Appl. Energy Mater. – 2018. – V. 1. – P. 6899–6911. – doi: 10.1021/acsaem.8b01307.
Englezos P., Kalogerakis N., Dholabhai P.D., Bishnoi P.R. Kinetics of formation of methane and ethane gas hydrates // Chem. Eng. Sci. – 1987. – V. 42, No 11. – P. 2647–2658. – doi: 10.1016/0009-2509(87)87015-X.
Qin J., Kuhs W.F. Quantitative analysis of gas hydrates using Raman spectroscopy // Aiche J. – 2013. – V. 59, No 6. – P. 2155–2167. – doi: 10.1002/aic.13994.
Kalogerakis N., Jamaluddin A.K.M., Dholabhai P.D., Bishnoi P.R. Effect of surfactants on hydrate formation kinetics // SPE Int. Symp. on Oilfield Chemistry. – 1993. – Art. SPE-25188-MS. – doi: 10.2118/25188-MS.

Поступила в редакцию

26.10.2022

Чиркова Юлия Фаизовна, младший научный сотрудник Института геологии и нефтегазовых технологий

Казанский (Приволжский) федеральный университет