CC BY
12Список литературы
1. Puzyr A., Burov A., Selyutin G., Voroshilov V., Bondar V. Modified Nanodiamonds as Anti-wear Additives to Commercial Oils // Tribology Transactions. 2014. Vol. 55(1). P.149-154.
2. Shen M.W., Luo J.B., Wen S.Z. The tribological properties of oils added with diamond nano-particles // ASLE Transactions. 2001. Vol. 44 (3). P. 494-498.
3. Ivanov M., Shenderova O. Nanodiamond-based nanolubricants for motor oils // Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2017. Vol. 21. P. 17-24.
4. Marko M., Kyle J., Branson B., Terrell E., Tribological improvements of dispersed nanodia-mond additives in lubricating mineral oil. // Journal of Tribology. 2015. Vol. 137. P. 011802.
5. Gupta B.K., Bhushan B. Fullerene particles as an additive to liquid lubricants and greases for low friction and wear // Lubrication Engineering. 1994. Vol. 50 (7). P. 524.
6. Chen C.S., Chen X.H., Xu L.S., Yang Z., Li W.H. Modification of multi-walled carbon nano-tubes with fatty acid and their tribological properties as lubricant additive // Carbon. 2005. Vol. 43 (8). P. 1660-1666.
7. Селютин Г.Е., Ткачев А.Г., Першин В.Ф. Применение графеновых пластин в качестве добавки в автомобильное моторное масло // Материалы IV Международной научно-практической конференции «Графен и родственные структуры: синтез, производство и применение». Тамбов, 2021. С.177-181.
УДК 66.078
DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-234-237
РАЗРАБОТКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ И ГИДРАТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ ДОБЫЧИ, ТРАНСПОРТА И ХРАНЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ В УСЛОВИЯХ ХОЛОДНОГО КЛИМАТА
СеменовМ.Е.1,2, Павельев Р.С.1, ВарфоломеевМ.А.1, Фархадиан А.1, Гнездилов Д.О.1, Чиркова Ю.Ф.1,
Мирзакимов У.Ж.1, Гайнуллин Ш.Э.1, Стопорев А.С.1,3 1 Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань 2 Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», обособленное подразделение
Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск 3РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, г. Москва E-mail: xotoy [email protected]
Аннотация. В данной работе представлены разработанные новые эффективные химические реагенты для предотвращения гидратообразования при добыче и транспортировке углеводородного сырья в условиях холодного климата. Это исследование способствует более глубокому пониманию взаимосвязи структуры и свойств кинетических ингибиторов гидратообразования. Кроме того, представлены новые биосурфактанты на основе касторового масла в качестве экологически чистого метода для ускорения процесса образования гидрата метана и увеличения его газосодержания. Показано решение проблем пенообразования, стабильности гидратов и защиты окружающей среды, связанных с технологией хранения метана на основе гидратов.
Ключевые слова: газовый гидрат, ингибитор гидратообразования, промотор гидратообразования.
Добыча нефти и газа в суровых климатических условиях Крайнего Севера представляет собой сложную и дорогостоящую задачу, требующую применения передовых технологий и инновационных решений. С одной стороны, Крайний Север обладает значительными запасами нефти и газа, представляющими стратегический интерес для экономического развития России. С другой стороны, особые условия Арктики требуют повышенного внимания к вопросам безопасности, экологии и минимизации негативного воздействия на хрупкую арктическую среду. Холодные температуры, многолетняя мерзлота, ограниченный период навигации и уда-
ленность месторождений создают уникальные вызовы, которые требуют комплексного подхода к проектированию и эксплуатации добывающих объектов. В таких условиях добычи нефти и газа возникает риск образования гидратной пробки - это твердая масса, образующаяся из гидратов природного газа, в трубопроводах и оборудовании нефтегазовых промыслов. Она представляет серьезную проблему, способную нарушить бесперебойную добычу и транспортировку углеводородов, а также привести к значительным финансовым потерям и даже к серьезным экологическим катастрофам.
В России для предотвращения образования газовых гидратов, эффективным и доступным средством до сих пор считается применение метанола, однако его использование сопряжено с рядом проблем, требующих взвешенного подхода:
1. Токсичность и опасность: Метанол - токсичный и легковоспламеняющийся продукт, что требует строгих мер безопасности при хранении, транспортировке и использовании. Несоблюдение правил безопасности может привести к отравлениям, пожарам и взрывам, создавая угрозу для жизни и здоровья персонала.
2. Экологические риски: Попадание метанола в окружающую среду может нанести серьезный ущерб флоре и фауне. Необходимо разработать и внедрять эффективные системы предотвращения разливов и утечек, а также утилизации отходов метанола.
3. Коррозионные свойства: Метанол обладает коррозионными свойствами, что может привести к разрушению оборудования и трубопроводов. Необходимы специальные материалы и покрытия, устойчивые к воздействию метанола, а также регулярный контроль состояния оборудования.
4. Затраты на транспортировку и хранение: Метанол транспортируют в специализированных цистернах, что требует дополнительных расходов. Также необходимо обеспечить безопасные условия хранения метанола на промысле.
5. Влияние на качество продукции: Метанол может негативно влиять на качество добываемой нефти и газа, требуя дополнительной очистки.
Исходя из вышеперечисленных проблем и особенностей применение метанола на промыслах является сложным вопросом, требующим компромисса между эффективностью и безопасностью. Следовательно, необходимы постоянные усилия по совершенствованию технологий и разработки новых решений для минимизации рисков, и обеспечения экологической безопасности.
За рубежом на протяжении более двух десятилетий кинетические ингибиторы гидратооб-разования (КИГ) играют решающую роль в предотвращении образования газовых гидратов в технологических линиях добычи нефти и газа. Они непосредственно влияют на кинетику образования гидратов, препятствуя образование зародышей и замедление роста кристаллов. Таким образом, целью нашей работы является разработка отечественных низкодозируемых КИГ.
В этом исследовании были синтезированы и протестированы пять новых водорастворимых полиуретанов (ВПУ) с различной степенью гидрофобности в качестве ингибиторов газовых гидратов кубической структуры II с использованием качающихся ячеек и дифференциальной сканирующей калориметрии. Синтез ВПУ включал реакцию между диалкиламинами (диэтилом, дипропилом, дибутилом, дибензилом и диоктилом) и глицидолом в мягких условиях. Все ВПУ эффективно предотвращали образование газовых гидратов, и была установлена корреляция между их эффективностью и длиной алкильной цепи. Ингибирующая эффективность ВПУ возрастала при удлинении алкильной цепи с этиловой на бутиловую. ВПУ-диБут, содержащий бутильные группы, проявлял наибольшую ингибирующую активность. Он обеспечивал температуру переохлаждения 12,9 и 15,6°С при 0,25 и 0,5 мас. % соответственно, превосходя коммерческие образцы, такие как Luvicap EG и Luvicap 55W. Кроме того, растворы, содержащие 1 и 2 мас. % ВПУ-диБут, демонстрировали максимальные температуры переохлаждения, равные 16,2°С и 16,7°С, соответственно. Однако ингибирующая способность ВПУ снижается при увеличении размера алкильных (диоктильных) или ароматических групп (ди-бензильных), что указывает на то, что дибутил представляет собой оптимальную длину алкила
для достижения максимальной эффективности. Более того, ВПУ продемонстрировали снижение конверсии гидрата в статических условиях, что свидетельствует об их эффективности при остановке потока. ВПУ снизили температуру начала гидратообразования с 3°C в чистой воде до температур ниже 12°C.
Таким образом, ВПУ-диБут продемонстрировал эффективную способность предотвращать образование газовых гидратов структуры II даже в условиях сильного переохлаждения. Кроме того, ВПУ-диБут обладает значительной степенью биоразлагаемости, о чем свидетельствует уровень его биодеградации в 44%, что позволяет предположить, что он обладает потенциалом более легкого разрушения в окружающей среде по сравнению с Luvicap 55W. Следовательно, это исследование способствует более глубокому пониманию взаимосвязи структуры и свойств КИГ. Это может способствовать разработке более эффективных и экологичных ингибиторов, что поможет решить экологические проблемы, связанные с использованием метанола в нефтяной и газовой промышленности.
Для решения некоторых проблем, связанных с хранением и транспортировкой углеводородного сырья, предлагается внедрение гидратной технологии транспортировки газа, которая имеет большой потенциал. В настоящее время, разрабатывается альтернативная технология хранения и транспортировки углеводородного газа в твердом виде, в основе которого лежит способность газа образовывать газовые гидраты при определенных условиях температуры и давления. Гидратная технология может быть применима для транспортировки газа с месторождений, расположенных в удаленных районах, где традиционные методы транспортировки газа не эффективны. Однако для ее реализации необходимы дальнейшие исследования и разработки в области управления процессом образования и разложения газовых гидратов. Отметим преимущества гидратной технологии:
• Высокая плотность: Газовые гидраты имеют значительно более высокую плотность, чем газ в свободном состоянии, что позволяет транспортировать большее количество газа в том же объеме;
• Безопасность: Газовые гидраты являются нетоксичными и не взрывоопасными, что делает их более безопасными для транспортировки по сравнению с жидким газом;
• Эффективность: Гидратная технология позволяет транспортировать газ с минимальными потерями;
• Низкие затраты: Гидратная технология может быть более экономичной, чем традиционные методы транспортировки газа, такие как трубопроводный транспорт.
Выделим некоторые проблемы гидратной технологии:
• Сложность управления: Управление процессом образования и разложения гидратов газа является сложной задачей, требующей специальных технологий и оборудования;
• Недостаток исследований: Гидратная технология находится в стадии исследований и разработок, и ее практическое применение еще не получило широкого распространения.
Таким образом, с целью решения вышеуказанных проблем разрабатываются промоторы гидратообразования. Быстрая кинетика роста газовых гидратов, высокая емкость хранилища, высокая стабильность образующихся гидратов и отсутствие пенообразования на стадии извлечения газа являются ключевыми факторами в коммерциализации технологии хранения метана на основе газовых гидратов. Также следует учитывать влияние промоторов газовых гидратов на окружающую среду и живые клетки. Для решения этих важных вопросов в данном исследовании было использовано касторовое масло для синтеза четырех новых биосурфактантов в качестве экологически чистого метода для ускорения процесса образования гидрата метана и увеличения его газосодержания. Разработанные реагенты доказали свою совместимость с окружающей средой и живыми клетками, поскольку 20,8% биосурфактанта разлагалось в течение 28 дней, не оказывая токсического воздействия на внутренние органы мышей. Кроме того, только 7,5-10,5% гидратов метана, хранящихся при температуре 1 атм и -5°С, диссоциировали в течение 14 дней, что указывает на высокую стабильность гидратов, образующихся в присутствии наших соединений.
Таким образом, представлено решение проблем пенообразования, стабильности гидратов и защиты окружающей среды, связанных с технологией хранения метана на основе гидратов.
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по договору № 075-15-2022-299 в рамках программы развития Научного центра мирового уровня «Рациональное освоение запасов жидких углеводородов планеты».
УДК 656.025.6
DOI 10.24412/cl-37255 -2024-1 -237-242
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ) НА БАЗЕ ТЕХНОЛОГИИ МАГНИТНОЙ ЛЕВИТАЦИИ
Смирнов С.А.1, Смирнова О.Ю.2 1 ООО «Маглевтех», г. Санкт-Петербург 2 ФГБОУ ВО ПГУПС Императора Александра I, г. Санкт-Петербург E-mail: [email protected]
Аннотация. В статье рассмотрена проблематика транспортного обслуживания населения и промышленности Республики Саха (Якутия). Объектом исследования является транспортная система республики. С использованием методов статистики и экономического анализа проведена оценка потребности в грузовых и пассажирских перевозках, проведена оценка перспектив ее изменения. С использованием методов социально-экономического прогнозирования и транспортного планирования определены ключевые параметры транспортной сети республики для удовлетворения перспективных потребностей в перевозках. Проведен сравнительный анализ отдельных видов транспорта для оценки перспективности решения с их помощью задач транспортного обслуживания. Определено, что каркас транспортной системы республики должен формироваться на основе магнитолевитационного транспорта как обеспечивающего минимальную себестоимость перевозок в природно-климатических условиях республики при максимальной устойчивости транспортной системы.
Ключевые слова: магнитолевитационный транспорт, транспортно-логистическая инфраструктура, грузопассажирские перевозки, Арктические регионы, вечная мерзлота.
Республика Саха является уникальным регионом с колоссальными социально-экономическими диспропорциями. Среди них, в частности: огромная территория и низкая плотность населения, наличие значительных запасов природных ресурсов и слабо развитая транспортная сеть. Снабжение региона товарами народного потребления, продуктами во-многом осуществляется с использованием механизма «северного завоза», что приводит к росту себестоимости поставляемых товаров и, соответственно, отпускных цен. Одновременно с этим снижается конкурентоспособность продукции предприятий Якутии по ценовым параметрам.
В связи с этим поставлена задача определения возможностей повышения эффективности транспортной системы республики, поиска инновационных решений, которые содействуют социально-экономическому развитию региона.
Для решения указанной задачи проведен анализ официальной статистической информации по вопросам работы транспорта в республике, документов стратегического планирования республиканского уровня и уровня улусов (районов республики).
Выявлен ряд статистических особенностей:
1. Объем грузовых перевозок в Республике Саха занимает 0,44% от общероссийского показателя. Грузооборот - 0,1%. Без учета железнодорожного транспорта, практически не представленного в республике, показатель объема перевозок составляет 0,52%, а грузооборот - 0,24%. Численность населения Республики Саха составляет около 0,69% от общероссийской, что свидетельствует о недообеспеченности населения и промышленности грузовыми перевозками и, соответственно, возможностями для их роста;
