Ученые Новосибирска изучили использование гуминовых кислот для синтеза гидратов

Исследователи из Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН впервые изучили возможность использования гуминовых кислот в качестве катализатора для производства гидратов. Газовые гидраты внешне похожи на лед, при этом один кубический метр гидрата вмещает до 170 кубометров газа, что сопоставимо с заполненным традиционным стальным баллоном. Благодаря эффекту самоконсервации, покрытый тонкой коркой льда массивный кусок гидрата способен долго храниться при отрицательных температурах и атмосферном давлении.

— Гидратная технология может использоваться при разделении газов. Например, возьмем природный газ, содержащий небольшую долю редкого и дорогого гелия (такой состав встречается, скажем, на Ковыктинском месторождении). Поскольку основной компонент природного газа — метан, его можно превратить в гидрат, тогда значительная часть метана перейдет в твердую форму, а газовая фаза обогатится гелием. То есть получается гелиевый концентрат — смесь с бо́льшим содержанием гелия, чем в исходном газе. Извлекать чистое вещество при такой концентрации становится гораздо проще и дешевле, чем непосредственно из исходного природного газа. Эта технология позволяет эффективно выделять газы даже при небольших концентрациях, упрощая и ускоряя процессы переработки природных ресурсов, — рассказывает заведующий лабораторией ИНХ СО РАН Андрей Манаков.

В большинстве случаев газовые гидраты образуются при взаимодействии воды и газа. Если в реактор залить чистую воду и создать необходимое давление газа, то на поверхности контакта газа и воды вырастает плотная пленка гидрата, изолирующая их друг от друга. Процесс останавливается, в гидрат при этом переходит только небольшая часть воды. Приходится использовать мешалки, барботирование (процесс пропускания газа через жидкость мелкими пузырьками для улучшения перемешивания и контакта фаз) и другие, обычные для химической технологии, уловки. Это сложно технически и энергозатратно. Плюс к этому возникают дополнительные осложнения, вроде налипания гидрата на мешалку и стенки реактора, блокирования мешалки.

Однако есть и другой вариант решения проблемы: в воду заранее добавляется специальное вещество-катализатор. Благодаря ему гидрат образуется в виде рыхлой массы, обеспечивающей большую и непрерывно обновляющуюся поверхность контакта газа с водой. За счет этого удается достичь почти полного превращения воды в гидрат. Ученые рассмотрели один из возможных вариантов таких каталитических добавок — гуминовые кислоты.

Кроме растворов гуминовых кислот, для сравнения проводили аналогичные эксперименты с чистой водой и раствором додецилсульфата натрия (SDS) — широко применяемого поверхностно-активного вещества, которое одновременно наиболее изучено и эффективно как катализатор образования гидратов. Хуже всего гидрат образовывался из чистой воды — за сутки прореагировало менее пяти процентов. Ожидаемо хороший результат показал SDS — более 90 процентов прореагировавшей воды за час. Гуминовые кислоты показали сравнимую эффективность — около 80 процентов. Несмотря на несколько меньшую эффективность относительно SDS, гуминовые кислоты имеют несколько преимуществ: они безвредны для окружающей среды и легкодоступны, так как присутствуют в природе повсеместно.