Проблема образования в трубах ледяных пробок – газовых гидратов – остро стоит при добыче газа, содержащего сероводород, на месторождениях, сосредоточенных в Арктике
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ, Пермский Политех) совместно с международными коллегами разработали решение для защиты газопроводов Арктики и морского шельфа от опасных ледяных пробок – газовых гидратов. Прорывное решение пермских исследователей основано на применении для защиты от гидратов нового класса соединений реагентов – поликватерниумов (PQ). Проблема образования гидратов особенно остро стоит при добыче так называемого «кислого» газа, содержащего агрессивный сероводород: именно такие месторождения, составляющие до трети мировых запасов, сосредоточены в России, где на Арктику приходится свыше 80% всей газодобычи. При низких температурах и высоком давлении влага из газа в смеси с сероводородом и метаном кристаллизуется в трубах газопроводов за считанные минуты, грозя авариями и многомиллионными убытками. Результаты работы учёных опубликованы в журнале «Results in Engineering», сообщает пресс-служба ПНИПУ.
Существующие в настоящее время методы борьбы с газовыми гидратами либо неэффективны, либо чрезмерно дороги, либо технически невозможны на протяженных магистралях. Сейчас основными средствами борьбы с газовыми гидратами служат ингибиторы (специальные химические добавки, замедляющие процесс образования пробок) на основе поливинилкапролактама (сложное химическое соединение, компонент большинства коммерческих реагентов, – например, PVCap). Молекулы ингибиторов мешают молекулам воды и газа сформировать кристаллы и оттягивают момент образования пробки. Однако эти стандартные ингибиторы неэффективны в присутствии сероводорода, а другие методы – термоизоляция труб или осушка газа – как раз либо чрезвычайно дороги, либо технически неосуществимы, особенно на длинных магистралях и в условиях морского дна. Именно поэтому разработка принципиально новой, устойчивой к сероводороду технологии борьбы с гидратами – одна из ключевых задач обеспечения надежности и бесперебойности газоснабжения.
Созданные группой учёных новые реагенты – поликватерниумы (PQ) – широко известны, к примеру, по их применению в косметике. Ученые синтезировали и испытали два новых вещества этого класса: PQ-7 и PQ-10. Как пояснил доктор технических наук, профессор ПНИПУ Дмитрий Мартюшев, PQ-7 создан на синтетической основе и действует как «магнитный крючок», цепляясь за растущие кристаллы льда и не давая им объединяться. PQ-10, созданный на основе модифицированной целлюлозы, формирует в воде структурный барьер, физически препятствующий образованию гидратов. Лабораторные испытания в условиях, имитирующих реальный газопровод (давление свыше 100 атмосфер, температура около 1°C), показали впечатляющие результаты: без ингибиторов гидраты в трубах образовывались за 4 часа, стандартный метод увеличивал это время до 12 часов, а новый реагент PQ-7 показал наилучший результат, предотвращая образование пробок на период более 24 часов, и делал это при минимальной концентрации в 0,1%.
Таким образом, по данным испытаний, PQ-7 превосходит традиционный аналог (PVCap) по ключевым параметрам: он эффективнее, позволяет системе безопасно охлаждаться на 53% сильнее и в 5 раз экономичнее по расходу. Дополнительным преимуществом стало низкое пенообразование, что упрощает эксплуатацию. PQ-10 также дал хороший результат, но он требует более высокой дозы при применении. Эффективность разработок была подтверждена и компьютерным моделированием на молекулярном уровне: модель показала, как PQ-7 и PQ-10 прикрепляются к растущим кристаллам льда, разрушают их структуру и меняют свойства окружающей жидкости.
В Пермском Политехе представили свою разработку как готовое технологическое решение для обеспечения безопасности и бесперебойности добычи и транспортировки газа в самых сложных условиях Арктики и на морском шельфе.