CC BY
0УДК 548.562
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗОПРОПАНОЛА НА КИНЕТИКУ ЗАМЕЩЕНИЯ МЕТАНА НА УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ В ГАЗОВЫХ ГИДРАТАХ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ НИЖЕ ТОЧКИ ПЛАВЛЕНИЯ ЛЬДА
И Струков Д. А.1, Скиба С. С.1' 2, Картопольцев С. А.1, Манаков А. Ю.1
1 Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, Новосибирск, Россия
2 ООО «РН-КрасноярскНИПИнефть», Красноярск, Россия
E-mail: [email protected]
Один из вариантов добычи горючего газа из залежей природных газовых гидратов подразумевает закачку CO2 в гидратоносный пласт. Молекулы двуокиси углерода замещают молекулы метана в водном каркасе, построенном из молекул воды, таким образом, данный подход потенциально может обеспечить одновременное получение природного газа и захоронение продуктов его сгорания. В данной работе будут представлены результаты исследования по изучению влияния изопропанола на кинетику обмена CH4/CO2 в газовых гидратах при температурах ниже температуры плавления льда. Полученные результаты показывают, что при Р-Т-условиях проведения процесса изопропанол не оказывает существенного влияния на кинетику данного процесса.
Ключевые слова: газовый гидрат, метан, углекислый газ, замещение, изопропанол.
STUDY OF THE EFFECT OF ISOPROPANOL ON THE KINETICS OF METHANE SUBSTITUTION FOR CARBON DIOXIDE IN GAS HYDRATES AT TEMPERATURES BELOW THE MELTING POINT OF ICE
И Strukov D. A.1, Skiba S. S.1' 2, Kartopol'cev S. A.1, Manakov A. Y.1
1 Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry SB RAS, Novosibirsk, Russia 2 RN-KrasnoyarskNIPIneft LLC., Krasnoyarsk, Russia
One of the options for extracting combustible gas from deposits of natural gas hydrates involves pumping CO2 into a hydrate-bearing reservoir. Carbon dioxide molecules replace methane molecules in an aqueous framework constructed from water molecules, so this approach can potentially provide simultaneous production of natural gas and burial of its combustion products. This paper will present the results of a study on the effect of isopropanol on the kinetics of CH4/CO2 exchange in gas hydrates at temperatures below the melting point of ice. The results obtained show that under the P-T conditions
of the process, isopropanol does not significantly affect the kinetics of this process.
Key words: gas hydrate, methane, carbon dioxide, substitution, isopropanol.
Введение. Использование газогидратных технологий хранения и транспортировки газов является актуальным направлением исследований [4]. Еще одной перспективной технологией применения газовых гидратов может быть улавливание углекислого газа и захоронение его в виде гидрата [1]. Таким образом, при использовании гидратов возможна реализация потенциально
перспективных технологий: добычи топливного газа и захоронение углекислого газа одновременно в результате обмена CH4 на CO2. Несмотря на перспективность данного процесса, на сегодняшний день известно лишь о немногих испытаниях процесса обмена двух газов [2], что, вероятно, связано с очень низкой скоростью протекания процесса замещения метана на углекислый газ [3]. Поэтому для облегчения протекания данного процесса необходим поиск добавок, которые бы могли ускорить кинетику исследуемого замещения. В данной работе было решено изучить влияние добавления малого количества изопропанола на кинетику процесса замещения метана на углекислый газ в газовых гидратах.
Методика. Все эксперименты проводились с порошком гидрата метана, полученного из льда. Лед предварительно измельчали, помещали в автоклав высокого давления, который наполняли метаном до давления 15 МПа. После выдерживания реактора с порошкообразным образцом в течение суток при температуре 275 К порошок полученного гидрата вынимали, вновь измельчали, после чего снова помещали в реактор высокого давления при давлении 15 МПа и температуре 275 К. Для контроля используемых в экспериментах образцов анализировали состав гидрата метана (методом термоволюмометрии) и удельную поверхность (распределение частиц гидрата метана по размеру с помощью микроскопа).
Результаты. В каждом эксперименте для анализа данных отбирали пробу газа на газовый хроматограф спустя 1, 3, 6, 12, 24, 48, 72 и 120 часов после ввода в систему изопропанола. Содержание газов (СН4 и CO2) в газовом гидрате во время эксперимента при использовании концентраций изопропанола 1,25 и 2,5 масс.% мало отличается друг от друга (рис.). В целом при
0.30
(0
О 20 40 ео 80 100 120
Время, час
Изменение содержания СН4 в газовом гидрате в зависимости от времени эксперимента при 2,25 МПа и 263 К: черная линия соответствует эксперименту без добавления изопропанола, синяя линия соответствует эксперименту при добавлении 1,25 масс.% изопропанола, красная линия соответствует эксперименту при добавлении
2,5 масс.% изопропанола
использовании изопропанола скорость обмена метана на углекислый газ в газовых гидратах при температуре -10 °С немногим увеличивается в сравнении с чистым образцом без добавок.
Выводы. Изопропанол лишь немногим увеличивает скорость обмена метана на углекислый газ, то есть является слабым катализатором процесса замещения CH4/CO2 в газовых гидратах.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ в рамках научного проекта №№ 23-29-00488.
Список литературы / References
1. Aminnaji M., Qureshi M. F., Dashti H., Hase A., Mosalanejad A., Jahanbakhsh A., Babaei M. et al. CO2 Gas hydrate for carbon capture and storage applications // Energy. 2024. Vol. 300 (1). P. 131579.
2. SchoderbekD. et al. ConocoPhillips gas hydrate production test final technical report. 2013.
3. Strukov D. A., Kartopol'cev S. A., Sagidullin A. K., Smirnov V. G., Manakov A. Y., Skiba S. S. Study of the kinetics of methane-carbon dioxide exchange in gas hydrates below the ice melting point. Experimental data and computational model // Thermochimica Acta. 2024. Vol. 736. P. 179737.
4. 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 // Applied Energy. 2018. Vol. 216. P. 262-285.
