КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 20-79-10377
НазваниеРазработка физико-химических основ применения антигидратных реагентов на основе композиций полярных органических соединений и электролитов
Руководитель Семенов Антон Павлович, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" , г Москва
Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-203 - Фазовые равновесия и превращения
Ключевые слова Газовые гидраты, термодинамические ингибиторы гидратообразования, фазовые равновесия, фазовые диаграммы, водные растворы, полярные органические ингибиторы, электролиты, растворимость, антигидратная активность ингибиторов, физико-химические свойства ингибиторов гидратообразования
Код ГРНТИ31.15.25
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Данный проект направлен на разработку физико-химических основ применения более эффективных и экологически безопасных антигидратных реагентов на основе композиций полярных органических соединений и электролитов для ингибирования образования техногенных газовых гидратов при добыче и транспортировке углеводородного сырья. Образование газовых гидратов в нефтегазовой отрасли является серьезным технологическим осложнением, так как кристаллы гидратов подвержены агломерации, что приводит с образованию гидратных отложений, способных блокировать сечения трубопроводов. Одним из традиционных способов решения данной проблемы является использование термодинамических ингибиторов гидратообразования (ТИГ) сдвигающих условия фазового равновесия гидратов в сторону более высоких давлений и низких температур. Наиболее широко используемым ТИГ в России является метанол. Количество данного спирта используемого в газовой отрасли в качестве ингибитора гидратообразования измеряется сотнями тысяч тонн, что эквивалентно затратам в миллиарды рублей. Поэтому даже небольшое сокращение его расхода привести к значительному экономическому эффекту. Существенными недостатками метанола как антигидратного реагента являются являются повышенный расход из-за высоких рабочих концентраций в водной фазе (до 60 % мас.), высокая токсичность и пожароопасность, высокая растворимость в сжатом газе и, как следствие, повышенный удельный расход за счет уноса с потоком газа. Из-за чего применение метанола сопряжено со значительными затратами и экологическими проблемами (транспортировка, регенерация). Альтернативой метанолу являются кинетические ингибиторы гидратообразования (КИГ) и антиагломеранты (АА), которые характеризуются более низкими рабочими концентрациями (0,1 – 2 % мас.). Основным недостатком КИГ и АА является невозможность использования при температурах ниже 0°С, так как низкие рабочие концентрации не обеспечивают существенной депрессии температуры кристаллизации льда. Кроме того, КИГ не способны обеспечить значительный индукционный период гидратообразования при высоких значениях степени переохлаждения и значительно хуже ингибируют образование гидратов кубической структуры I по сравнению с гидратами кубической структуры II. В связи с этим низкодозируемые ингибиторы до сих пор не нашли применения на объектах нефтегазовой отрасли в России.
Таким образом, актуальной научно-технической задачей является разработка новых, более эффективных составов для ингибирования образования техногенных газовых гидратов. Перспективным представляется подход, связанный с изучением ингибиторов термодинамического действия на основе композиций полярных органических соединений и солей-электролитов. Соли-электролиты благодаря ионной природе обладают более высокой антигидратной активностью по сравнению с неионогенными полярными органическими соединениями. Более того, результаты предварительных исследований указывают на наличие значительного синергетического эффекта термодинамического ингибирования газовых гидратов водными растворами низкомолекулярных спиртов и солей. Данный эффект связан с неаддитивным вкладом каждого из компонентов в антигидратную активность смеси. Тем не менее, смешанные ТИГ на основе метанола (других полярных органических ингибиторов) и солей-электролитов изучены явно недостаточно. Экспериментальные данные по физико-химическим свойствам (температуры замерзания водных растворов, вязкость, плотность, растворимость в тройных системах вода-соль-полярный органический ингибитор), которые важны для возможного практического использования таких смешанных ингибиторов, в литературе практически отсутствуют.
В рамках данного проекта планируется подробно исследовать термодинамические условия гидратообразования в системах с ингибиторами двух типов (полярные органические соединения и соли-электролиты). Будут разработаны корреляции для количественного описания антигидратной активности в зависимости от состава ингибиторов, что обеспечит возможность для систематического изучения синергетического эффекта термодинамического ингибирования газовых гидратов.
Значительное внимание будет уделено исследованию растворимости в тройных системах вода-полярное органическое соединение-электролит. Если информация по растворимости отдельных солей (хлориды кальция и магния) в воде и в некоторых полярных органических соединениях имеется в литературе, то данные по растворимости в тройных системах крайне немногочисленны или полностью отсутствуют. Эти данные являются очень важными так как позволяют предотвратить нежелательное выпадение твердой фазы (соли) при использовании ингибитора на практике.
Большой объем работы будет посвящен характеризации образцов индивидуальных и смешанных ингибиторов гидратообразования методами денсиметрии и вискозиметрии. Будет получены исчерпывающие экспериментальные данные по плотности и вязкости водных растворов полярных органических ингибиторов и электролитов в широком диапазоне температур, которые позволят установить закономерности изменения данных физико-химических характеристик в зависимости от состава смешанных образцов и температуры. Полученные результаты также позволят провести оптимизацию состава смешанных ингибиторов гидратообразования.
Значительная часть работы будет связана с определением температур замерзания водных растворов полярных органических ингибиторов и солей электролитов с помощью метода дифференциальной сканирующей калориметрии. Данные по температурам замерзания позволит определить температурные границы применимости для каждого из смешанных ингибиторов.
Планируется изучить каким образом исследуемые ингибиторы гидратообразования влияют на нуклеацию и рост гидратов модельных газов. На основе полученных результатов будут разработаны рецептуры смешанных ингибиторов гидратообразования и будут даны рекомендации касательно их возможного практического применения на объектах газовой отрасли. Будет проведено сравнение характеристик разработанных смешанных ингибиторов и уже применяющихся на практике (метанол, этиленгликоль).
Научная новизна работы заключается в систематическом экспериментальном исследовании антигидратной активности и других физико-химических свойств смесевых термодинамических ингибиторов гидратообразования на основе полярных органических соединений (метанол, диметилсульфоксид) и солей электролитов (хлорида кальция и хлорид магния). Разработка рецептур таких ингибиторов для замены метанола или уменьшения его расхода при добыче природного газа является важной практической задачей. Предварительные результаты показывают, что возможно усилить ингибирующие свойства индивидуальных термодинамических ингибиторов – полярных органических соединений и снизить их расход за счет использования смесей с солями-электролитами, демонстрирующих синергетические эффекты при ингибировании газовых гидратов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Винокуров В.А., Истомин В.А., Сергеева Д.В. Dimethyl Sulfoxide as a Gas Hydrate Inhibitor: Phase Equilibria, Freezing Point, Density, and Viscosity Measurements Technical program for the Twenty-First Symposium on Thermophysical Properties (Boulder, CO, USA), 2021, PaperID 4668 (год публикации - 2021)
2.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Огиенко А.Г., Винокуров В.А.
The pursuit of a more powerful thermodynamic hydrate inhibitor than methanol. Dimethyl sulfoxide as a case study
Chemical Engineering Journal, 2021, 130227 (год публикации - 2021)
10.1016/j.cej.2021.130227
3. Тулегенов Т.Б., Мендгазиев Р.И., Семенов А.П. Диметилсульфоксид – новый ингибитор образования газовых гидратов Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2021», 2021, секция «Химия», подсекция «Физическая химия II: химическая термодинамика и химическая кинетика», тезисы доклада № 64 (год публикации - 2021)
4. Мендгазиев Р.И., Семенов А.П. Разработка смесевого ингибитора гидратообразования на основе метанола и хлорида магния Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2021», 2021, секция «Химия», подсекция «Физическая химия II: химическая термодинамика и химическая кинетика», тезисы доклада № 37 (год публикации - 2021)
5. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Винокуров В.А. Диметилсульфоксид как ингибитор гидратообразования метана и диоксида углерода: фазовые равновесия, температура замерзания, плотность и вязкость водных растворов Тезисы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы теплофизики, энергетики и гидрогазодинамики в условиях Арктики», c. 102-104 (год публикации - 2021)
6. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Хлебников В.Н., Сергеева Д.В., Истомин В.А. Смесевой синергетический ингибитор гидратообразования на основе хлорида магния и метанола Тезисы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы теплофизики, энергетики и гидрогазодинамики в условиях Арктики», c. 112-114 (год публикации - 2021)
7. Тулегенов Т.Б., Мендгазиев Р.И., Семенов А.П., Стопорев А.С., Истомин В.А. Исследование диметилсульфоксида как термодинамического ингибитора гидратообразования Тезисы докладов 4-й Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы нефти и газа», с.44 (год публикации - 2021)
8.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Тулегенов Т.Б., Винокуров В.А.
Dimethyl sulfoxide as a novel thermodynamic inhibitor of carbon dioxide hydrate formation
Chemical Engineering Science, 255, 117670 (год публикации - 2022)
10.1016/j.ces.2022.117670
9. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Тулегенов Т.Б., Винокуров В.А. Dataset for the dimethyl sulfoxide as a novel thermodynamic inhibitor of carbon dioxide hydrate formation Data in Brief (год публикации - 2022)
10. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Тулегенов Т.Б., Стопорев А.С. Анализ методики измерения равновесных условий образования газовых гидратов Химия и технология топлив и масел (год публикации - 2022)
11. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С. Dataset for the experimental study of dimethyl sulfoxide as a thermodynamic inhibitor of methane hydrate formation Data in Brief (год публикации - 2023)
12.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Тулегенов Т.Б., Ярахмедов М.Б., Новиков А.А., Винокуров В.А.
Direct Measurement of the Four-Phase Equilibrium Coexistence Vapor–Aqueous Solution–Ice–Gas Hydrate in Water–Carbon Dioxide System
International Journal of Molecular Sciences, 24, 11, 9321 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24119321
13.
Семенов А.П., Тулегенов Т.Б., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Винокуров В.А.
Влияние метанола на кинетику нуклеации и роста гидрата метана
Химия и технология топлив и масел, 4(638) (год публикации - 2023)
10.1007/s10553-023-01567-9
14.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Винокуров В.А., Гун Инхуа, Ли Тиандуо, Стопорев А.С.
Searching for synergy between alcohol and salt to produce more potent and environmentally benign gas hydrate inhibitors
Chemical Engineering Science, 119361 (год публикации - 2023)
10.1016/j.ces.2023.119361
15.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Винокуров В.А., Гун Инхуа, Ли Тиандуо, Стопорев А.С.
Data on searching for synergy between alcohol and salt to produce more potent and environmentally benign gas hydrate inhibitors
Data in Brief, 110138 (год публикации - 2024)
10.1016/j.dib.2024.110138
Публикации
1. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Винокуров В.А., Истомин В.А., Сергеева Д.В. Dimethyl Sulfoxide as a Gas Hydrate Inhibitor: Phase Equilibria, Freezing Point, Density, and Viscosity Measurements Technical program for the Twenty-First Symposium on Thermophysical Properties (Boulder, CO, USA), 2021, PaperID 4668 (год публикации - 2021)
2.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Огиенко А.Г., Винокуров В.А.
The pursuit of a more powerful thermodynamic hydrate inhibitor than methanol. Dimethyl sulfoxide as a case study
Chemical Engineering Journal, 2021, 130227 (год публикации - 2021)
10.1016/j.cej.2021.130227
3. Тулегенов Т.Б., Мендгазиев Р.И., Семенов А.П. Диметилсульфоксид – новый ингибитор образования газовых гидратов Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2021», 2021, секция «Химия», подсекция «Физическая химия II: химическая термодинамика и химическая кинетика», тезисы доклада № 64 (год публикации - 2021)
4. Мендгазиев Р.И., Семенов А.П. Разработка смесевого ингибитора гидратообразования на основе метанола и хлорида магния Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2021», 2021, секция «Химия», подсекция «Физическая химия II: химическая термодинамика и химическая кинетика», тезисы доклада № 37 (год публикации - 2021)
5. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Винокуров В.А. Диметилсульфоксид как ингибитор гидратообразования метана и диоксида углерода: фазовые равновесия, температура замерзания, плотность и вязкость водных растворов Тезисы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы теплофизики, энергетики и гидрогазодинамики в условиях Арктики», c. 102-104 (год публикации - 2021)
6. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Хлебников В.Н., Сергеева Д.В., Истомин В.А. Смесевой синергетический ингибитор гидратообразования на основе хлорида магния и метанола Тезисы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы теплофизики, энергетики и гидрогазодинамики в условиях Арктики», c. 112-114 (год публикации - 2021)
7. Тулегенов Т.Б., Мендгазиев Р.И., Семенов А.П., Стопорев А.С., Истомин В.А. Исследование диметилсульфоксида как термодинамического ингибитора гидратообразования Тезисы докладов 4-й Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы нефти и газа», с.44 (год публикации - 2021)
8.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Тулегенов Т.Б., Винокуров В.А.
Dimethyl sulfoxide as a novel thermodynamic inhibitor of carbon dioxide hydrate formation
Chemical Engineering Science, 255, 117670 (год публикации - 2022)
10.1016/j.ces.2022.117670
9. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Тулегенов Т.Б., Винокуров В.А. Dataset for the dimethyl sulfoxide as a novel thermodynamic inhibitor of carbon dioxide hydrate formation Data in Brief (год публикации - 2022)
10. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Тулегенов Т.Б., Стопорев А.С. Анализ методики измерения равновесных условий образования газовых гидратов Химия и технология топлив и масел (год публикации - 2022)
11. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С. Dataset for the experimental study of dimethyl sulfoxide as a thermodynamic inhibitor of methane hydrate formation Data in Brief (год публикации - 2023)
12.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Тулегенов Т.Б., Ярахмедов М.Б., Новиков А.А., Винокуров В.А.
Direct Measurement of the Four-Phase Equilibrium Coexistence Vapor–Aqueous Solution–Ice–Gas Hydrate in Water–Carbon Dioxide System
International Journal of Molecular Sciences, 24, 11, 9321 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24119321
13.
Семенов А.П., Тулегенов Т.Б., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Винокуров В.А.
Влияние метанола на кинетику нуклеации и роста гидрата метана
Химия и технология топлив и масел, 4(638) (год публикации - 2023)
10.1007/s10553-023-01567-9
14.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Винокуров В.А., Гун Инхуа, Ли Тиандуо, Стопорев А.С.
Searching for synergy between alcohol and salt to produce more potent and environmentally benign gas hydrate inhibitors
Chemical Engineering Science, 119361 (год публикации - 2023)
10.1016/j.ces.2023.119361
15.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Винокуров В.А., Гун Инхуа, Ли Тиандуо, Стопорев А.С.
Data on searching for synergy between alcohol and salt to produce more potent and environmentally benign gas hydrate inhibitors
Data in Brief, 110138 (год публикации - 2024)
10.1016/j.dib.2024.110138
Публикации
1. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Винокуров В.А., Истомин В.А., Сергеева Д.В. Dimethyl Sulfoxide as a Gas Hydrate Inhibitor: Phase Equilibria, Freezing Point, Density, and Viscosity Measurements Technical program for the Twenty-First Symposium on Thermophysical Properties (Boulder, CO, USA), 2021, PaperID 4668 (год публикации - 2021)
2.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Огиенко А.Г., Винокуров В.А.
The pursuit of a more powerful thermodynamic hydrate inhibitor than methanol. Dimethyl sulfoxide as a case study
Chemical Engineering Journal, 2021, 130227 (год публикации - 2021)
10.1016/j.cej.2021.130227
3. Тулегенов Т.Б., Мендгазиев Р.И., Семенов А.П. Диметилсульфоксид – новый ингибитор образования газовых гидратов Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2021», 2021, секция «Химия», подсекция «Физическая химия II: химическая термодинамика и химическая кинетика», тезисы доклада № 64 (год публикации - 2021)
4. Мендгазиев Р.И., Семенов А.П. Разработка смесевого ингибитора гидратообразования на основе метанола и хлорида магния Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2021», 2021, секция «Химия», подсекция «Физическая химия II: химическая термодинамика и химическая кинетика», тезисы доклада № 37 (год публикации - 2021)
5. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Винокуров В.А. Диметилсульфоксид как ингибитор гидратообразования метана и диоксида углерода: фазовые равновесия, температура замерзания, плотность и вязкость водных растворов Тезисы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы теплофизики, энергетики и гидрогазодинамики в условиях Арктики», c. 102-104 (год публикации - 2021)
6. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Хлебников В.Н., Сергеева Д.В., Истомин В.А. Смесевой синергетический ингибитор гидратообразования на основе хлорида магния и метанола Тезисы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы теплофизики, энергетики и гидрогазодинамики в условиях Арктики», c. 112-114 (год публикации - 2021)
7. Тулегенов Т.Б., Мендгазиев Р.И., Семенов А.П., Стопорев А.С., Истомин В.А. Исследование диметилсульфоксида как термодинамического ингибитора гидратообразования Тезисы докладов 4-й Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы нефти и газа», с.44 (год публикации - 2021)
8.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Тулегенов Т.Б., Винокуров В.А.
Dimethyl sulfoxide as a novel thermodynamic inhibitor of carbon dioxide hydrate formation
Chemical Engineering Science, 255, 117670 (год публикации - 2022)
10.1016/j.ces.2022.117670
9. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Тулегенов Т.Б., Винокуров В.А. Dataset for the dimethyl sulfoxide as a novel thermodynamic inhibitor of carbon dioxide hydrate formation Data in Brief (год публикации - 2022)
10. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Тулегенов Т.Б., Стопорев А.С. Анализ методики измерения равновесных условий образования газовых гидратов Химия и технология топлив и масел (год публикации - 2022)
11. Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С. Dataset for the experimental study of dimethyl sulfoxide as a thermodynamic inhibitor of methane hydrate formation Data in Brief (год публикации - 2023)
12.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Тулегенов Т.Б., Ярахмедов М.Б., Новиков А.А., Винокуров В.А.
Direct Measurement of the Four-Phase Equilibrium Coexistence Vapor–Aqueous Solution–Ice–Gas Hydrate in Water–Carbon Dioxide System
International Journal of Molecular Sciences, 24, 11, 9321 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24119321
13.
Семенов А.П., Тулегенов Т.Б., Мендгазиев Р.И., Стопорев А.С., Истомин В.А., Винокуров В.А.
Влияние метанола на кинетику нуклеации и роста гидрата метана
Химия и технология топлив и масел, 4(638) (год публикации - 2023)
10.1007/s10553-023-01567-9
14.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Винокуров В.А., Гун Инхуа, Ли Тиандуо, Стопорев А.С.
Searching for synergy between alcohol and salt to produce more potent and environmentally benign gas hydrate inhibitors
Chemical Engineering Science, 119361 (год публикации - 2023)
10.1016/j.ces.2023.119361
15.
Семенов А.П., Мендгазиев Р.И., Истомин В.А., Сергеева Д.В., Винокуров В.А., Гун Инхуа, Ли Тиандуо, Стопорев А.С.
Data on searching for synergy between alcohol and salt to produce more potent and environmentally benign gas hydrate inhibitors
Data in Brief, 110138 (год публикации - 2024)
10.1016/j.dib.2024.110138