Касторовое масло поможет природному газу не замерзать в условиях Арктики

Касторовое масло и экспериментальная ячейка с гидратом метана

Михаил Варфоломеев

Для предотвращения образования гидратов природного газа при транспортировке топлива российские химики и нефтяники создали вещество на основе касторового масла. В его присутствии зарегистрировано не только понижение температуры, при которой начинается образование кристаллов, но и увеличение времени замерзания газа. Сам реагент является биоразлагаемым, что особенно важно для применения на месторождениях арктического шельфа. Работа опубликована в журнале Chemical Engineering Science. Исследования поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований по программе «Ресурсы Арктики» и программой «5-100» Казанского федерального университета.

При добыче природного газа и нефти люди сталкиваются с рядом проблем. Особенно трудно работать в условиях арктического шельфа – на сегодня это одно из крупнейших мест залежей топлива. Холод, высокие давления и наличие влаги в добываемой продукции усложняют работы по его выкачиванию и транспортировке. В таких условиях метан, составляющий большую часть природного газа, образует с водой твердые соединения, называемые гидратами. Это приводит к закупориванию нефте- и газопроводных труб, выходу из строя дорогого оборудования и нарушению стабильного транспорта топлива. Вещества, мешающие образованию таких кристаллов, называются ингибиторами гидратообразования. Сегодня большинство этих соединений довольно токсичны и эффективно работают только при очень высоких дозировках. Создание ингибиторов, способных со временем разлагаться на более простые и неядовитые соединения, позволит уменьшить негативное влияние в случае утечки реагентов в окружающую среду и снизить затраты нефтегазовых компаний. Особенно это важно при работах на подводных месторождениях.

Касторовое масло получают в результате отжима плодов кустарника клещевины обыкновенной. Это довольно дешевое растительное масло, широко применяемое человеком в медицинских и косметических целях. Кроме того, его можно использовать как смазку для двигателей и в качестве ухаживающего средства для кожаных изделий. Российские химики обнаружили, что полимер, включающий в себя фрагменты касторового масла, можно использовать для предотвращения образования гидратов метана. Ученые охлаждали газ в присутствии чистой воды и с добавлением ингибитора в специальной теплоизолированной ячейке высокого давления при постоянном перемешивании. Момент образования гидрата определяли по снижению давления, поскольку оно означает, что молекулы газа соединились с водой в гидраты, и по фотографиям, на которых видно появление кристаллов. С чистой водой метан замерзал за две минуты, а в присутствии ингибитора ему потребовался почти час. Такого результата удалось добиться благодаря специальным группам в структуре полимера: часть из них притягивает к себе большое количество молекул воды за счет межмолекулярных взаимодействий, а другие нарушают упорядоченную структуру воды, мешая ей взаимодействовать с метаном. В результате при добавлении в воду реагента на основе касторового масла гидраты образуются медленнее.

«Используемые сейчас ингибиторы гидратообразования имеют ряд существенных недостатков: они эффективны только в больших концентрациях, дорого стоят, экологически небезопасны и иногда плохо растворяются в воде. Применение синтезированных нами соединений на основе касторового масла решает эти проблемы. Новые ингибиторы обладают высокой эффективностью и начинают работать с концентрации 0,1%. Они демонстрируют тройное действие для обеспечения стабильного потока топлива в условиях Арктики: повышают время гидратообразования, снижают его температуру, а также уменьшают склеивание уже образовавшихся кристаллов. Кроме того, включение в состав молекулы фрагмента касторового масла делает его биоразлагаемым, снижая, таким образом, экологические риски при использовании реагента на морских месторождениях. Касторовое масло является доступным и недорогим веществом. Синтез ингибиторов на его основе идет в несколько простых стадий в мягких условиях, поэтому получаемые реагенты достаточно хорошо растворяются в воде», – рассказывает Михаил Варфоломеев, член Координационного совета по делам молодежи Совета при Президенте РФ по науке и образованию, руководитель приоритетного направления «Эконефть» Казанского федерального университета.

Разработанные ингибиторы позволят перейти к более экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике и повысить эффективность добычи и транспортировки топлива. На сегодня это одно из важнейших направлений научно-технологического развития России. В проекте также принимали участие сотрудники Казанского федерального университета и Федерального центра токсикологической, радиационной и биологической безопасности.

Материал подготовлен при поддержке Фонда президентских грантов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.