- Информация о материале
Ученые из ИНХ СО РАН исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой. Понимание механизма образования газогидратов очень важно, поскольку эти соединения могут создавать осложнения при добыче нефти и газа и одновременно с этим являются богатейшим потенциальным источником топлива. Исследование поддержано грантом РНФ. Статья опубликована в Journal of Natural Gas Science and Engineering.
Материал размещен в разделе Новости на сайте MENDELEEV.INFO со ссылкой на "Текст: РНФ"
Газовые гидраты – внешне похожие на снег или лед кристаллические соединения, которые образуются при контакте газа и воды при определенных температурах и давлениях. Газогидраты могут иметь разную кристаллическую структуру. При переходе от одной структуры к другой изменяется порядок атомов относительно друг друга и межатомные расстояния. Наиболее «удобное» взаиморасположение атомов соответствует стабильной структуре гидрата, но при определенных условиях могут возникать и метастабильные образования, которые обычно не являются устойчивыми и не сохраняются.
Гидраты образует большинство природных газов, но самый распространенный из них – гидрат широко используемого в быту и промышленности метана. Стабильная структура гидрата метана – кубическая структура I (КС-I). Исследователи ИНХ СО РАН обнаружили метастабильную кубическую структуру гидрата метана (КС-II), которая образуется при резком охлаждении газонасыщенной эмульсии воды в некоторых видах нефти.
Исследователи из разных стран уже фиксировали появление метастабильных структур газогидратов в системе «газ – вода», но для системы с присутствием нефти образование КС-II зафиксировано впервые.
«Мы изучали, как образуются газогидраты в присутствии одного из исследуемых видов нефти. В специальной установке мы охладили образец до температуры кипения жидкого азота (-196 °С), извлекли его и определили, какие кристаллические вещества присутствуют в системе. С помощью рентгеновских лучей мы идентифицировали тип кристаллической структуры. В системе присутствовал обычный лед и небольшое количество гидрата метана с метастабильной структурой. С этого началось исследование», – рассказал один из авторов статьи, старший научный сотрудник кандидат химических наук Андрей Стопорев.
В большинстве случаев при резком охлаждении наблюдается стабильная модификация, тогда как в некоторых видах нефти при тех же условиях образуется метастабильная модификация гидрата метана. При длительном же (в течение недели) выдерживании этих видов водонефтяных эмульсий при положительной температуре (1 °C) и давлении метана в сто атмосфер образуется стабильная модификация КС-I. Полученные результаты говорят о том, что формирование структуры I может происходить через промежуточное образование структуры II. Это позволяет делать вывод о механизме образования гидратных фаз в водонефтяных эмульсиях.
Картинка: принципиальная схема экспериментальной установки и модели двух структур гидрата метана (КС-I и КС-II), полученных при разных условиях эксперимента. Источник: Андрей Стопорев
Одна из основных проблем при добыче и транспортировке нефти и газа в условиях холодного климата – отложение газовых гидратов в стволах скважин и на стенках трубопроводов. Газогидратные пробки приводят к их закупорке, остановкам добычи и иногда даже к аварийным ситуациям и взрывам. Сейчас эту проблему решают с помощью термодинамических ингибиторов – веществ, которые «мешают» протеканию реакции образования газогидратов. Для этих целей чаще всего используют метиловый спирт, который расходуется в очень больших количествах и наносит вред окружающей среде. Альтернативный подход – кинетические ингибиторы, которые будут замедлять скорость протекания реакции настолько, чтобы газогидраты не успевали образовываться в «опасных» участках трубопровода. Здесь-то и может пригодиться знание механизма их образования, потому что различные вещества по-разному блокируют образование гидратов КС-I и КС-II. Если образование гидрата происходит через промежуточную структуру, то нужно искать вещества, лучше всего ингибирующие именно эту метастабильную структуру.
«На данный момент ингибиторы, которые описаны в литературе и используются в промышленности, предназначены для чистых систем «газ – вода», без нефти. А когда в системе появляется нефть, то между ингибиторами и теми веществами, которые присутствуют в самой нефти, начинается конкуренция, и эффективность ингибиторов может снижаться. Поэтому важно знать механизм протекания реакции и подбирать конкретные вещества, исходя из этого. В наших дальнейших планах подробно исследовать механизм протекания реакции образования газогидратов, установить, как он изменяется в зависимости от типа нефти, и найти ингибиторы, которые будут эффективны для систем, где кроме газа и воды присутствует нефть», – пояснил Андрей Стопорев.
Кроме того, изучать влияние различных сред и веществ на механизм образования гидратов важно и потому, что некоторые из них могут помочь проводить обратный процесс (разложение гидрата). По оценкам нефтегазовых геологов, значительная часть метана содержится именно в форме гидрата – в зоне «вечной мерзлоты» и в донных отложениях океанов. Так, богатейшие ресурсы газогидратов были обнаружены и на территории России. Однако разрабатывать эти потенциальные источники топлива сегодня все еще экономически не выгодно, и ученые всего мира пытаются найти более простые и дешевые способы извлекать газ из гидратов.
Текст: РНФ
- Информация о материале
В журнале Chemistry: A European Journal (ИФ 5.16) опубликована статья с участием сотрудников института – Свеженцевой Е.В., Воротникова Ю.А., Иванова А.А., Евтушок Д.В., Куратьевой Н.В., Миронова Ю.В. и Шестопалова М.А.
«From photoinduced to dark cytotoxicity via an octahedral cluster hydrolysis». E.V. Svezhentseva, Y.A. Vorotnikov, A.O. Solovieva, T.N. Pozmogova, I.V. Eltsov, A.A. Ivanov, D.V. Evtushok, S.M. Miroshnichenko, V.V. Yanshole, C.J. Eling, A.M. Adawi, J.-S.G. Bouillard, N.V. Kuratieva, M.S. Fufaeva, L.V. Shestopalova, Y.V. Mironov, O.A. Efremova, M.A. Shestopalov // Chem. Eur. J. 2018, V. 24, № 68, pp 17915-17920 DOI: 10.1002/chem.201804663 Посмотреть статью
- Информация о материале
В журнале Chemical Communications (ИФ 6.29) опубликована статья с участием сотрудников Института Ярового С.С., Смоленцева А.И., Козловой С.Г., Компанькова Н.Б., Гайфулина Я.М., Асанова И.П., Миронова Ю.В.
"From Oxide to a New Type of Molecular Tungsten Compounds: Formation of Bitetrahedral Cluster Complexes [{W6(m4-O)2(m3-CCN)4}(CN)16]10– and [{W6(m4-O)2(m3-As)4}(CN)16]10–". Yarovoi S.S., Smolentsev A.I., Kozlova S.G., Kompankov N.B., Gayfulin Y.M., Asanov I.P., Yanshole V.V., Mironov Y.V. // Chem. Commun. 2018, 54, № 98, P. 13837-13840. DOI: 10.1039/c8cc07746k Посмотреть статью
Два новых кластерных аниона, [{W6(m4-O)2(m3-CCN)4}(CN)16]10– и [{W6(m4-O)2(m3-As)4}(CN)16]10–, синтезированы в результате реакции WO3 и KCN
- Информация о материале
Поздравляем к.х.н. Абрамова П.А. с победой в конкурсе молодых ученых на соискание Премии имени Ю.Т. Стручкова и к.х.н. Адонина С.А. с получением специальной премии Конкурса!
© ИНХ СО РАН 1998 – 2024 г.