 |
Ученые нашли способ безопасной добычи стратегического «кислого» газа в Арктике
Ученые ПНИПУ совместно с международными коллегами создали реагенты, которые в 2 раза эффективнее борются с ледяными пробками (гидратами) в трубах при добыче «кислого» газа в Арктике.
Статья опубликована в журнале «Results in Engineering».
Стратегическим ресурсом современной энергетики становится природный газ особого состава — так называемый «кислый». В отличие от обычного (метанового), который сразу идет на заправки и в дома, «кислый» содержит большое количество агрессивного сероводорода и требует специальной очистки. Его гигантские запасы, составляющие до трети мировых, сосредоточены на Ближнем Востоке, в Северной Америке и России.
Однако разработка подобных месторождений связана с уникальным технологическим риском — образованием газовых гидратов. Эти ледяные пробки, растущие внутри труб, — угроза для всей газовой отрасли, но именно в среде «кислого» топлива они формируются намного быстрее и агрессивнее. Причина в том, что влага из газа при низкой температуре и высоком давлении вступает в реакцию не только с метаном, но и с сероводородом, что резко ускоряет кристаллизацию. В результате магистраль может быть полностью заблокирована за считанные минуты, что ведет к аварийным остановкам, дорогостоящему ремонту и многомиллионным убыткам.
Для России, где свыше 80% всего добываемого газа приходится на Арктику, борьба с гидратами становится вопросом энергетической безопасности. Именно в суровых условиях севера и на морском шельфе, где температура среды постоянно близка к нулю, риск мгновенного образования ледяных пробок наиболее высок.
Сегодня основными средствами борьбы с ними служат ингибиторы (специальные химические добавки, замедляющие процесс образования пробок) на основе поливинилкапролактама (сложное химическое соединение – компонент большинства коммерческих подавляющих реагентов, например, PVCap). Их молекулы «обманывают» систему, мешая воде и газу сформировать кристалл и оттягивая момент образования пробки. Однако они оказывают действие лишь для «чистого» газа, так как сероводород вступает в реакцию с соединением и резко снижает его эффективность. Кроме того, многие такие реагенты имеют серьезный эксплуатационный недостаток — они образуют стойкую пену, которая нарушает работу технического оборудования и затрудняет их повторное использование.
Чтобы преодолеть это ограничение, инженеры создают различные улучшенные варианты PVCap, но все они дают лишь временный или незначительный эффект. К другим методам также относятся термоизоляция труб или осушка газа. Однако они либо чрезвычайно дороги, либо технически невозможны, особенно на больших протяженных магистралях и в условиях морского дна. Именно поэтому разработка принципиально новой, устойчивой к сероводороду технологии борьбы с гидратами становится ключевой задачей для обеспечения надежности и бесперебойности газоснабжения.
Решение предложили ученые Пермского Политеха совместно с международной командой исследователей. Они синтезировали два новых ингибитора, взяв за основу ранее не применявшийся для этой цели класс соединений — поликватерниумы (PQ). Это позволило в несколько раз повысить эффективность защиты трубопроводов от образования газовых гидратов по сравнению с аналогами.
Поликватерниумы — полимеры, известные своей высокой способностью взаимодействовать с водой и поверхностями, благодаря чему они давно и широко используются в производстве косметики, например, в качестве кондиционирующих добавок в шампунях.
Исследователи создали два новых вещества этого класса с разной структурой: PQ-7 и PQ-10.
— Первое (PQ-7) сделано на синтетической основе полиакриламида с добавлением пирролидиниевых и аммониевых групп. Эти молекулы сравнительно небольшие, что позволяет им быстро перемещаться. Особые химические группы в их составе работают как магнитные крючки, которые мгновенно хватаются за растущие кристаллы льда и не дают им собираться. Второе (PQ-10) построено на крупных молекулах природного происхождения — это модифицированная целлюлоза с аммониевыми и гидроксипропильными группами. Их задача — создать в воде структурный барьер, который физически мешает частицам воды и газа сблизиться и образовать кристалл, — рассказал Дмитрий Мартюшев, профессор кафедры «Нефтегазовые технологии», доктор технических наук.
Для проверки их эффективности ученые использовали комплексный подход, сочетающий лабораторные эксперименты и компьютерное моделирование.
На экспериментальном стенде была воссоздана работа реального газопровода (давление свыше 100 атмосфер, охлаждение до 1°C). В реактор подавали модельный «кислый» газ и растворы ингибиторов разной концентрации. Измеряли время до начала образования гидратов, температуру кристаллизации и степень переохлаждения. Эффективность PQ-7 и PQ-10 сравнивали друг с другом, с коммерческим PVCap и с системой без защиты.
— Без ингибиторов гидраты начинали расти через 4 часа. Аналог увеличил это время до 12 часов, а новый PQ-7 — более чем до 24 часов. PQ-10 также показал высокую эффективность (23,8 часа), однако для этого ему потребовалась концентрация 0,5% — такая же высокая, как и у стандартного PVCap. В то же время наш первый реагент сохранял максимальную эффективность уже при концентрации 0,1% и позволял системе безопасно охлаждаться до +1,8°C, тогда как используемый коммерческий состав переставал работать уже при +7,7°C. Дополнительным преимуществом новых соединений также стало низкое пенообразование, — поделился Дмитрий Мартюшев.
Таким образом, PQ-7 превосходит аналог по всем ключевым параметрам: эффективнее в 2 раза, устойчивее к переохлаждению на 53% и экономичнее в 5 раз по расходу реагента. PQ-10 также дает хороший результат, но требует более высокой дозы, как и промышленный стандарт.
Дополнительно ученые также провели компьютерное моделирование. Они создали виртуальную среду из множества молекул, чтобы посмотреть, как именно работают ингибиторы. Модель показала, как PQ-7 и PQ-10 прикрепляются к растущим кристаллам льда, разрушают их структуру и меняют свойства окружающей жидкости. Совпадение данных эксперимента и моделирования не только подтвердило высокую эффективность новых соединений, но и достоверно раскрыло механизм их действия на молекулярном уровне.
В результате разработка ученых представляет собой готовое технологическое решение, способное обеспечить безопасность и бесперебойность добычи и транспортировки газа в самых сложных условиях Арктики и на морском шельфе.
Контактное лицо: Фазлетдинова Эллина Руслановна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 21:17, 28.01.2026
Количество просмотров: 398
Страна: Россия
| Ученый Пермского Политеха рассказал об изменениях в правилах для водителей, ПНИПУ, 21:48, 16.03.2026, Россия |
102 |
| С 1 марта 2026 года в России вступают в силу законодательные изменения, которые коснутся всех автовладельцев. Нововведения затронут цифровизацию электронных паспортов и усиление ответственности за нарушение ПДД. Ученый Пермского Политеха рассказал, какие изменения ждут водителей, как они повлияют на бюджет и авторынок, и что делать, чтобы избежать лишних расходов. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали 10 неочевидных фактов про сон, ПНИПУ, 21:18, 16.03.2026, Россия |
26 |
| 13 марта отмечается Всемирный день сна. Ученые ПНИПУ рассказали, сколько плод спит в беременность, почему дети не видят себя во сне, как головной мозг избавляется от токсичных белков, зачем нам негативные сновидения, как нехватка сна приводит к диабету и какие психологические установки порождают бессонницу. |
|
| Ученая Пермского Политеха развеяла миф о вреде зимне-весенних овощей, ПНИПУ, 21:15, 16.03.2026, Россия |
20 |
| Существует миф, что зимне-весенние овощи содержат большое количество пестицидов и нитратов. Ученая Пермского Политеха разбирает популярный миф о зимне-весенних овощах, в чем их отличие от сезонных, как меняется количество витаминов в плодах и какие лучше всего употреблять для поддержания иммунитета. |
|
| Ученая Пермского Политеха поделилась 10 полезными фактами про почки, ПНИПУ, 21:55, 12.03.2026, Россия |
383 |
| 12 марта отмечается Всемирный день почки. Ученая ПНИПУ рассказала, когда формируются почки у ребенка, как работают, почему влияют на давление, мозг и витамин D, как часто их пересаживают, у кого выше риск образования камней, полезно ли есть арбуз и где разрабатывают искусственную почку. |
|
| Пермские ученые объяснили, почему на спутнике Сатурна бьют гейзеры, а на других — нет, ПНИПУ, 21:54, 12.03.2026, Россия |
383 |
| Европа, Энцелад и Титан — ледяные спутники Юпитера и Сатурна с подледными океанами. Только Энцелад выбрасывает воду в космос через гейзеры. Почему при сходном строении остальные спутники скрыты подо льдом, выяснили ученые Пермского Политеха и УрО РАН, создав математическую модель, которая объяснила этот феномен. |
|
|
|
