Una revisión de los aditivos que afectan la formación de hidratos de gas natural
Wang Lifeng, Lu Jing, Liang Jinqiang
(Servicio Geológico Marino de Guangzhou, Guangzhou 510760)
Acerca del primer autor: Correo electrónico: charles.wlf @gmail.com Wang Lifeng (1978—), hombre, doctorado, ingeniero, dedicado principalmente a la geología marina y la investigación de hidratos de gas.
Como nuevo punto de crecimiento energético en el futuro, el hidrato de gas natural ha atraído durante mucho tiempo la atención de la investigación científica y la industria, y la investigación sobre aditivos para esta sustancia ha atraído gradualmente la atención de todas las partes. Este artículo demuestra la importancia de los aditivos en la investigación de hidratos de gas natural en forma de revisión, centrándose en las direcciones de investigación de sistemas simples y tensioactivos. El primero tiene amplias perspectivas de aplicación en la producción industrial, lo que puede reducir eficazmente la obstrucción de los oleoductos y aumentar la capacidad de almacenamiento de gas. El segundo explica uno de los modos de acumulación y acumulación de hidratos de gas natural en la exploración geológica, es decir, el rico entorno autotrófico submarino; Los surfactantes secretados por los organismos tienen la función especial de acelerar de forma independiente la formación y estabilización de hidratos.
Aditivo de hidrato de gas natural; sistema simple; tensioactivo
1 Introducción
El hidrato de gas natural, denominado hidrato, es una jaula compuesta por moléculas de agua El esqueleto está rodeado de otros gases. Suele existir en ambientes de alta presión y baja temperatura y está ampliamente distribuido en la naturaleza, especialmente en la plataforma continental submarina [1]. El análisis de la composición química de las muestras de hidratos descubiertas hasta ahora muestra que el gas que contienen son principalmente moléculas de metano y las reservas son enormes. La comunidad científica estima que estas fuentes de energía pueden ser el doble que las fuentes de energía convencionales que se han descubierto. Son de gran importancia para la investigación de estrategias energéticas y son un tema candente en el desarrollo de las ciencias de la tierra y la industria energética contemporáneas. La investigación de hidratos involucra exploración y desarrollo de nuevas energías, efecto invernadero, ciclo global del carbono y cambio climático, ambiente marino antiguo, desastres geológicos marinos, transporte de gas natural, bloqueo de oleoductos y gasoductos y defensa militar. El desarrollo de la ciencia y la energía tiene un impacto profundo.
La investigación sobre aditivos para hidratos de gas natural es un trabajo básico, proporcionando parámetros físicos y químicos básicos para el posterior desarrollo y utilización de hidratos. El principal contenido de la investigación es determinar el impacto de los aditivos en el equilibrio estable de los hidratos. Ya en la década de 1960, la industria solo prestaba atención a los hidratos para resolver el bloqueo de oleoductos y gasoductos y equipos. La formación de bloqueos de hidratos en equipos y oleoductos de almacenamiento de gas afectó la producción e incluso provocó la rotura de oleoductos e incluso pozos de petróleo enteros. desguazado. A medida que la comunidad de investigación científica ha profundizado su comprensión de los hidratos en los últimos años, el estudio de los aditivos de hidratos se ha convertido gradualmente en uno de los temas de investigación centrales. En el futuro, la extracción, el almacenamiento y el transporte de minerales de hidratos se basarán en su investigación básica. [3]. Por lo tanto, controlar las condiciones de formación de hidratos (temperatura, presión, etc.) tiene una importancia práctica importante. ) inhiben o aceleran la formación de hidratos mediante aditivos. La investigación actual sobre aditivos de hidratos de gas natural se puede dividir en dos categorías principales: sistemas simples basados en alcanos y sistemas tensioactivos basados en derivados biosintéticos en el laboratorio o en la naturaleza. El primero es el foco de la investigación industrial y favorece la solución del problema del bloqueo de los gasoductos de hidratos de gas y los avances en la tecnología de almacenamiento y transporte de gas natural a larga distancia; el segundo es el foco de la investigación científica y proporciona una solución explicativa factible para resolver el problema; Sistema de integración y enriquecimiento del fondo marino de hidratos.
2 Sistema simple
Como nuevo material energético, las moléculas de metano envueltas en hidrato de gas natural son los productos económicos más importantes, por lo que la investigación científica, los experimentos industriales y los diseños de exploración y minería. Los objetos creados por el hombre en la atmósfera son hidratos de alcano. Sin embargo, los hidratos de metano simples son raros en la naturaleza, especialmente aquellos provenientes de fuentes de gas de pirólisis profunda, que pueden contener otros hidrocarburos o moléculas simples. Esta sección revisa principalmente la investigación sobre la formación y estabilidad del metano y otros gases de hidrocarburos.
2.1 Sistema alcano
Englezos et al. [4] estudiaron las condiciones de equilibrio trifásico de tres mezclas de metano-etano con diferentes proporciones de composición (Figura 1).
Cuando la presión es inferior a <5,0 MPa, a medida que aumenta el contenido de metano en la mezcla, la temperatura de equilibrio del hidrato disminuye a la misma presión y aumenta a la misma temperatura, lo que indica que la temperatura de equilibrio del hidrato de metano es menor que la del etano. a baja presión, y la presión de equilibrio del hidrato de metano es mayor que la del hidrato de etano. Sugahara et al. [5] también confirmaron esto en el equilibrio de hidratos de un solo componente de etano. Cuando la presión es > 10,7 MPa y la temperatura es > 290 K, la temperatura de formación del hidrato de etano es menor que la temperatura de formación del hidrato de metano bajo la misma presión.
Figura 1 Diagrama de equilibrio de fases de metano y hidrato de etano (citado de referencia [4]) Figura 1 Diagrama de equilibrio de fases de metano y hidrato de etano
Holder et al. ] encontró que a medida que aumenta la fracción molar de propano en la mezcla de etano-propano, la presión de equilibrio del hidrato disminuye gradualmente a la misma temperatura. A baja presión, a medida que aumenta la masa molar del alcano, la temperatura de equilibrio del hidrato de alcano aumenta gradualmente y la presión disminuye. Es decir, cuanto mayor es la masa molar del alcano que forma el hidrato, más amplio es el intervalo en el que el hidrato puede existir de forma estable. Entre ellos, cuando la fracción molar de propano es mayor que 32,2, los hidratos generados son todos de estructura ⅱ; cuando la fracción molar de propano es menor que 15, es de estructura I cuando la fracción molar de propano está entre las dos; Hidrato formado a baja temperatura La sustancia es de estructura II y es de estructura I a temperaturas más altas. Sin embargo, cuando la fracción molar de propano es 27,1, se produce una anomalía y todos los hidratos formados son de estructura II.
2.2 Sistema de dióxido de carbono
Al estudiar el equilibrio de fases de metano-dióxido de carbono hidrato, Adisasmito et al [7] encontraron (Figura 2): cuando la presión es menor que <. 9 MPa, luego, a medida que aumenta la fracción molar de dióxido de carbono en la mezcla, la presión para la formación de hidratos durante la isotérmica disminuye. Y Sug-ahara et al. [5] encontraron que cuando la presión es de aproximadamente >> 7,0 MPa y la temperatura es >> 281,5 K, la temperatura de formación de hidratos del dióxido de carbono es menor a la misma presión, y la temperatura de formación de hidratos es menor. inferior al del etano, superior al del metano. Esto muestra que la dificultad de formar hidratos entre el dióxido de carbono y el metano tiene una gran relación con la presión. El factor de presión debe considerarse cuando se utiliza dióxido de carbono para reemplazar los hidratos de gas natural para extraer hidratos de gas natural.
Adisasmito et al. [8] también estudiaron el efecto del dióxido de carbono sobre el equilibrio de fases de los hidratos formados por etano, propano, isobutano y butano. A medida que el contenido de dióxido de carbono en la fase gaseosa aumenta durante el equilibrio del sistema, la presión de equilibrio del hidrato disminuye gradualmente a la misma temperatura. Cuando el sistema isotérmico está en equilibrio y el contenido de dióxido de carbono en la fase gaseosa es igual, el orden de presión requerido para el equilibrio de los hidratos es etano > propano > isobutano > butano, lo que es consistente con el patrón de cambio de un sistema simple sin dióxido de carbono. , lo que indica que aunque el dióxido de carbono mueve la formación de hidratos a alta temperatura y baja presión, no cambia los cambios de temperatura y presión de los alcanos que forman hidratos.
Figura 2 Diagrama de isotermas de equilibrio del hidrato de dióxido de carbono de metano (citado de la referencia [7]) Figura 2 Diagrama de isotermas de hidrato de dióxido de carbono de metano
2.3 Otros sistemas orgánicos
2.3 Otros sistemas orgánicos
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Jager et al. [9] encontraron que a una presión de 2 ~ 14 MPa, la estabilidad del equilibrio de la fase de hidrato del agua-metano-1,4 -dioxano (C4H8O2) es el mismo que el del 1,4-dioxano. La concentración de oxano en solución acuosa está estrechamente relacionada (Figura 3). Las simulaciones se realizaron utilizando la teoría de van der Waals y Plattyou. El coeficiente de actividad de la fase líquida depende del equilibrio gas-líquido del agua-1,4-dioxano. Los resultados experimentales concuerdan bien con los resultados de la simulación. Cuando la concentración de 1,4-dioxano en la solución está entre 1 y 7, la presión de equilibrio del hidrato de metano es la más baja a la misma temperatura. A medida que la concentración de 1,4-dioxano aumenta de 7 a 30, la presión de equilibrio del hidrato de metano aumenta a la misma temperatura. Esto muestra que cuando se utiliza dioxano como inhibidor de la formación de hidratos, se debe asegurar que su concentración añadida sea superior a 7 para lograr el efecto deseado, de lo contrario, no sólo no inhibirá la formación de hidratos, sino que promoverá la formación. de hidratos.
Los alcoholes son inhibidores de hidratos de uso común, y el metanol es el inhibidor más común porque es soluble en líquidos de hidrocarburos y es barato.
Ng et al. [10] estudiaron el efecto del metanol en las condiciones de equilibrio del metano, etano, propano y dióxido de carbono, y encontraron que a medida que aumenta la concentración de metanol en la solución, la temperatura de equilibrio de formación de hidratos disminuye y la presión aumenta. , y la gama de existencia estable de hidratos aumenta gradualmente.
Figura 3 Diagrama de isoterma de equilibrio del metano 1,4-dioxano hidrato (citado de la referencia [9]) Figura 3 Equilibrio de fases del metano 1,4-dioxano hidrato.
Mooijer et al. [11] encontraron que los aditivos son sustancias cíclicas, como el tetrahidropirano (THP) y la ciclobutanona (CB), formando un hidrato de estructura II con estructura H y ciclohexilamina (MCH); Los fluoroalcanos, como el trifluorometano y el tetrafluorometano, pueden formar hidratos con estructura I y estructura II, afectando el equilibrio estable de los hidratos. Los resultados muestran que el uso de aditivos reduce la presión de equilibrio de los hidratos y, a medida que la presión de equilibrio disminuye, la capacidad de almacenamiento de gas de los hidratos también se reduce considerablemente. Los aditivos reducen la presión de equilibrio del hidrato en el orden de tetrahidropirano>ciclobutanona>metilciclohexilamina (MCH)>trifluorometano>tetrafluorometano, y los aditivos reducen el almacenamiento de gas en el orden de tetrahidropirano>ciclobutanona>ciclohexilamina (MCH)>trifluorometano>tetrafluorometano. = metilciclohexilamina (MCH) > tetrafluorometano > trifluorometano.
3 Surfactante
El surfactante es un nuevo tipo de sustancia química que surgió con el rápido desarrollo de la industria petroquímica después de la Segunda Guerra Mundial. Debido a su amplia aplicación en la industria, se le conoce como "MSG industrial". La propiedad que puede reducir la tensión superficial de un disolvente se llama actividad superficial, y las sustancias con actividad superficial se denominan sustancias tensioactivas. Cuando ciertas sustancias se disuelven en agua, la tensión superficial de la solución acuosa cambia, cambiando el estado de la interfaz del sistema, produciendo así funciones como humectación, emulsificación, formación de espuma y solubilización para cumplir con los requisitos de las aplicaciones prácticas.
Con el fin de aumentar la producción de hidratos de gas natural y reducir el tiempo de espera para la síntesis experimental, se utilizarán dispositivos de agitación mecánica como medio auxiliar en la investigación en interiores para acortar el período experimental de los hidratos. Los gases hidratos son en su mayoría sustancias de pequeño peso molecular insolubles, como el metano, que son insolubles en agua y se concentran principalmente en la interfaz agua-gas. A medida que se forman hidratos durante el experimento, se formará una fina cortina en la interfaz, lo que evitará que el gas de hidrato entre en la fase líquida, lo que dificultará la cantidad de formación de hidratos y retrasará el tiempo de formación. Aunque la agitación mecánica puede acelerar la formación de hidratos, su costo de producción, su eficiencia y las dificultades técnicas en la minería de aguas profundas limitan su aplicación. En primer lugar, en estado natural, los hidratos no acelerarán el proceso de agitación para promover el crecimiento en masa; en segundo lugar, durante el proceso de almacenamiento de gas de los proyectos industriales, es difícil separar los hidratos filtrados del hielo producido en condiciones de sobreenfriamiento simultáneo, por lo que se agrega esto. el proceso consumirá mucho tiempo; finalmente, debido a la presencia de hielo en la superficie, el consumo de energía de la agitación mecánica aumentará inevitablemente, lo que generará costos adicionales. Por lo tanto, ya sea exploración de energía o almacenamiento de gas y protección del medio ambiente, se necesita un método acelerado que sea más adecuado para la síntesis de hidratos.
Kalogerakis et al. [12] realizaron un estudio utilizando aniones como tensioactivos para aumentar la cantidad de hidratos de gas, mejorando así la eficiencia. Desde entonces, la investigación en este campo se ha desarrollado rápidamente. La investigación sobre tensioactivos ha pasado gradualmente de los tensioactivos sintéticos a los biotensioactivos naturales.
3.1 Tensioactivos químicos
Rogers et al. [13] realizaron un estudio experimental comparativo sobre tensioactivos químicos. En el recipiente sin tensioactivo no se formaron hidratos de gran tamaño al cabo de 5 días. Sin embargo, después de agregar tensioactivos específicos, la situación cambió mucho, lo que aceleró enormemente la tasa de formación de hidratos de gas natural. Luego de agregar en el experimento SDS, dodecilsulfato de sodio (SDS) con una concentración de 282 ppm, bajo el mismo ambiente experimental, el hidrato de gas natural llenó todo el recipiente en solo 3 horas, con muy alta puntualidad (Figura 4).
Figura 4 Recipiente de hidrato después de 5 días sin surfactante (izquierda); Recipiente de hidrato con surfactante durante 3 horas (derecha) (Citado de la literatura [13]) Figura 4 Sin surfactante Hidrato formado después de 5 días (izquierda) ); Hidrato formado después de 3 horas de uso de surfactante (derecha)
Para seguir el progreso del experimento y registrar la eficiencia, además de probar instrumentos como temperatura y presión, también se utilizaron fibras ópticas. Se fabricó un boroscopio óptico para estudiar el crecimiento de hidratos de gas natural en solución. Al juzgar la intensidad de la luz reflejada, se puede ver que se pueden formar hidratos en cualquier lugar dentro de la superficie del líquido. Debido a que su densidad es menor que la del agua, muchas partículas pequeñas que se forman rápidamente flotan en el agua. Cuando la carga disminuye, la intensidad de agregación se acelera y continúan acumulándose en la superficie interna del acero inoxidable para formar sólidos floculados más grandes. una forma simétrica. La mayoría de los hidratos generados flotan en la superficie del líquido en una estructura similar a un flóculo, y el gas natural puede penetrar continuamente en estos tejidos y continuar reaccionando con el agua de los poros, aumentando así la calidad de la formación. Cálculos posteriores demostraron que casi toda el agua de los poros reaccionó con el gas natural. Las observaciones experimentales anteriores indican que los tensioactivos adsorben eficazmente agua estructural y gas natural en sus regiones hidrófilas y lipófilas respectivamente, formando en realidad centros de nódulos de hidratos de gas.
3.2 Biosurfactantes
Aunque los surfactantes químicos pueden catalizar la formación de hidratos de gas natural en el laboratorio, los geólogos han comenzado a prestar atención a los agentes bioactivos autótrofos bentónicos sobre si también es posible acelerar la formación de hidratos de gas natural. Formación de hidratos in situ. Las investigaciones muestran que los microorganismos acuáticos pueden secretar biosurfactantes, que no sólo pueden degradar sustancias tóxicas en el suelo, sino también acumular materia orgánica de carbono insoluble en el agua. Se descubrió que el gas natural adsorbido en los hidratos en algunas áreas proviene de organismos, y la mayoría de las comunidades microbianas viven y se reproducen cerca de los montículos de hidratos [14].
Actualmente existen tres biosurfactantes que merece la pena estudiar:
1) La surfactina es secretada por Bacillus subtilis y tiene un efecto antitrombótico muy eficaz en medicina.
2) El nolípido de Rham, sustancia secretada por Pseudomonas aeruginosa, se utiliza como limpiador facial en la producción química.
3) El e·m·ulsan secretado por Acinetobacter calcoaceticus es un buen emulsionante de petróleo y puede eliminar la contaminación por petróleo en el océano a gran escala.
Entre ellos, la surfactina y el rham nolipid pueden formar micelas cuando su solubilidad en soluciones acuosas es baja; Em ulsan (peso molecular es casi 106) no forma micelas. Las tres sustancias anteriores son todas aniones, que pueden aumentar la tasa de formación de hidrato de gas natural en medios porosos de diferentes maneras y acortar su tiempo de inducción de síntesis.
La Figura 5 es un diagrama de tensioactivos que promueven el crecimiento de hidratos (citado de la literatura [13]). Figura 5 Hidrato de bentonita Rham libre de lípidos.
Los biosurfactantes pueden acelerar eficazmente la formación de hidratos de gas sin agitación externa. La Figura 5 muestra la formación de hidrato de gas natural después de agregar ramnolípido a bentonita. Se puede ver hidrato blanco en el lado donde se agrega el surfactante, y casi no hay hidrato en el lado donde no se agrega el surfactante. Este experimento muestra que, bajo las mismas condiciones experimentales, los tensioactivos aceleran la tasa de síntesis y el rendimiento de hidratos.
En la capa de lodo que contiene hidratos de gas obtenida en el Golfo de México se identificaron dos microorganismos biológicos, Bacillus subtilis y Pseudomonas aeruginosa, y también se confirmó su papel acelerador en la síntesis de hidratos de carbono. Para evaluar el impacto de estos microorganismos sobre los hidratos de gas en ambientes de aguas profundas, se cultivó Bacillus subtilis a lo largo del tiempo en el laboratorio para obtener grandes cantidades de surfactina en concentraciones de cultivo. Esta sustancia es actualmente el biosurfactante más eficaz. Los experimentos han demostrado que puede reducir la tensión superficial del agua de 72 mN/m a 27 mN/m, y solo necesita alcanzar una concentración de 25 ppm para formar la concentración micelar crítica (CMC). Cuando la concentración está por debajo de la CMC, la tensión superficial del agua es extremadamente sensible a la concentración de tensioactivos en el agua.
Por lo tanto, al detectar la tensión superficial del agua en el medio de cultivo, se puede rastrear la concentración de proteínas tensioactivas en el agua utilizando el método de la placa de Weilhelnlv.
La tensión superficial del agua en el medio de cultivo y la concentración de tensioactivo aumentan gradualmente. Cuando la concentración de tensioactivo alcanza CM · C, la tensión superficial del agua cae a 30 mN/m y el experimento completo dura 4 días. Una vez completado el cultivo, el tensioactivo se separa del medio de cultivo y se diluye hasta una concentración de CMC con agua destilada. El recipiente experimental se dividió en tres compartimentos que contenían tres medios porosos, a saber, arena, caolín/arena y bentonita/arena (Fig. 6). Después de sellar y presurizar con 90% de metano, 6% de etano y 4% de propano como fuentes de gas, se puede observar que el hidrato de gas natural se genera en grandes cantidades en el medio poroso de bentonita/arena, y relativamente menos en los otros dos medios. Este experimento muestra que cuando los requisitos de concentración no son demasiado altos, los biosurfactantes pueden ayudar a generar hidratos de gas natural, y los medios de crecimiento y hábitat de los hidratos de gas natural son selectivos. El mecanismo de esta característica necesita más estudios.
Figura 6 Tendencia de formación de hidratos en medios porosos (citado de la literatura [13]). La Figura 6 H hidrato muestra la especificidad superficial de la bentonita.
Al mismo tiempo, como estudio experimental comparativo, el equipo y los procesos utilizados en el experimento son básicamente los mismos, excepto que el componente de gas natural se cambia a dióxido de carbono inorgánico. Como se esperaba, debido a la falta de afinidad del dióxido de carbono por los biosurfactantes lipófilos, los surfactantes no pueden concentrar el dióxido de carbono y, por lo tanto, el dióxido de carbono no se puede sintetizar eficientemente en hidratos de gas.
3.3 Mecanismo de promoción
Los tensioactivos son sustancias en las que una o varias moléculas de hidrógeno sobre moléculas de hidrocarburos son reemplazadas por grupos polares. Por tanto, su composición molecular está compuesta generalmente por grupos polares y grupos apolares, lo que resulta asimétrico. Los grupos polares son fácilmente solubles en agua y son hidrófilos, por lo que se denominan grupos hidrófilos; los grupos no polares son difíciles de disolver en agua, pero son fácilmente solubles en disolventes no polares, como los aceites, y son lipófilos. Las moléculas de surfactante tienen una "estructura anfifílica" y el agua es un líquido extremadamente fuerte. Cuando los tensioactivos se disuelven en agua, muestran un fenómeno de adsorción especial, Seddon [15].
El mecanismo por el cual los tensioactivos promueven la velocidad de formación y la cantidad de hidratos de gas natural tiene la siguiente explicación microscópica:
(1) El efecto de los tensioactivos sobre la nucleación de los hidratos de gas natural
La etapa inicial de la reacción de hidratos es la etapa de nucleación del cristal, y la velocidad de formación se refleja en la duración del tiempo de inducción. Un tiempo de inducción corto significa una velocidad de nucleación rápida y, a la inversa, una velocidad de nucleación lenta. Los tensioactivos favorecen la rápida formación de núcleos de hidratos en su conjunto y acortan considerablemente el tiempo de inducción. Este fenómeno se explica por la teoría de la nucleación secundaria y las propiedades de los tensioactivos: en las primeras etapas de la nucleación, debido a la baja concentración y el pequeño tamaño de los núcleos, es imposible dividirse, pero en las últimas etapas de la nucleación, la concentración de núcleos aumenta, especialmente en La interfaz entre las fases gaseosa y líquida no sólo promueve su crecimiento, sino que también tiene una alta concentración de reactivos.
Al mismo tiempo, debido a la propiedad de los tensioactivos que pueden reducir significativamente su tensión superficial en bajas concentraciones, los cristales de hidrato no permanecerán en la interfaz de dos fases, sino que se verán obligados a abandonar la interfaz. La existencia de esta perturbación provocará violentas colisiones entre los cristales y entre los cristales y las paredes del reactor. Estos cristales se dividirán nuevamente en núcleos cristalinos hidratados, aumentando así considerablemente la tasa de crecimiento de los núcleos cristalinos y, por tanto, acortando el tiempo de inducción, a veces sólo en unos pocos. segundos o incluso más. Al mismo tiempo, dado que las propiedades de los tensioactivos tienen cierta relación con su concentración, el tiempo de inducción de los hidratos también tiene cierta relación con su concentración.
(2) Los tensioactivos aumentan la tasa de crecimiento de los hidratos de gas natural.
Después de añadir tensioactivo, la tasa de crecimiento de los cristales del hidrato se acelera enormemente. En circunstancias normales, el gas natural y el agua son dos fases inmiscibles. La formación de hidrato de gas natural es la fusión de moléculas de gas natural en la envoltura cristalina de agua. Antes de la reacción de hidrato, el gas natural y el agua son dos fases inmiscibles y solo pueden interactuar en la interfaz para lograr la reacción de hidratación. Cómo reducir la tensión superficial para que las sustancias en fase gaseosa puedan disolverse mejor en la fase líquida y las moléculas de gas entren en la envoltura cristalina de agua es la clave para el proceso de formación de hidratos de gas.
Los tensioactivos pueden desempeñar este papel. La adición de tensioactivos apropiados puede producir un efecto solubilizante en las dos fases que son inmiscibles entre sí, ampliando así en gran medida el área de contacto efectiva de las dos fases y acelerando la velocidad de cristalización.
Por otro lado, dado que la reacción del hidrato se produce en la interfaz de dos fases, el tensioactivo tiene una tensión superficial menor, lo que le hace desempeñar un papel importante: cuanto más tarde es la nucleación del hidrato, mayor El aumento en la tasa de nucleación causado por la nucleación secundaria, este efecto continúa actuando en las primeras etapas del crecimiento de los hidratos. Bajo la acción del tensioactivo, los cristales de hidrato de gas natural formados en la interfaz abandonan la interfaz a tiempo y al mismo tiempo transfieren el calor latente liberado por la reacción, reduciendo así la resistencia a la transferencia de calor.
3.4 Similitudes y Diferencias entre Catálisis Química y Biocatálisis
Sus mecanismos catalíticos son los mismos. Los tensioactivos están compuestos por grupos asimétricos que forman micelas en un ambiente adecuado para la formación de hidratos de gas natural, y el gas natural se enriquece en el espacio esférico formado por la cadena de micelas. Normalmente, los grupos alquilo forman grupos lipófilos que apuntan hacia el interior, mientras que los grupos hidrófilos se forman en el exterior de las micelas. Las micelas forman los puntos de crecimiento de los hidratos de gas natural y son los sitios de la fase líquida donde el gas natural se concentra en altas concentraciones. Ambos aceleran la formación de hidratos de gas natural cambiando la concentración efectiva y acortando el tiempo de inducción.
Los tensioactivos químicos son el foco del futuro almacenamiento y transporte de gas natural o del enterramiento profundo del gas residual de dióxido de carbono. Se pueden lograr inversiones a gran escala en producción para lograr beneficios económicos, pero la investigación e implementación de la catálisis de hidratos de gas natural en aguas profundas no está lo suficientemente madura. El descubrimiento de los biosurfactantes proporciona una explicación muy significativa para la formación de hidratos de gas en las profundidades marinas. La diversidad de organismos de las profundidades marinas no sólo utiliza como hábitat el entorno microbiano formado por hidratos de gas, sino que también la capacidad de su evolución biológica para adaptarse al medio ambiente conduce a la formación acelerada de hidratos de gas. Este interesante fenómeno proporciona nuevas ideas de investigación para la exploración y desarrollo de este mineral.
4 Conclusión
La investigación sobre los aditivos de hidratos de gas natural es un tema básico y, con la investigación sobre los hidratos, se ha convertido gradualmente en un campo característico. En aplicaciones industriales, experimentos multiparamétricos de sistemas simples con aditivos han demostrado que los aditivos pueden cambiar efectivamente las condiciones y velocidades de síntesis industrial de hidratos. La adición de tensioactivos a los hidratos de gas natural promueve la formación de hidratos de gas natural sin agitación mecánica externa. Además, el descubrimiento de tensioactivos asociados con las secreciones microbianas del fondo marino resalta la complejidad y variabilidad de la formación de hidratos de gas. Los estudios experimentales comparativos muestran que los biosurfactantes pueden aumentar la tasa y la producción de hidratos de gas natural sin agitación mecánica externa. Este fenómeno tiene implicaciones positivas para la producción industrial de esta fuente mineral o la futura exploración de los fondos marinos.
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Los efectos de los aditivos en el gas natural Resumen del impacto de la formación de hidratos
Wang Lifeng, Lu Jing'an, Liang Jinqiang (Servicio Geológico Marino de Guangzhou , Guangzhou, 510760)
Resumen: El hidrato de gas natural se considera una nueva fuente de energía en el futuro. Ha atraído cada vez más atención de la academia y la industria, y la investigación sobre sus aditivos se ha vuelto cada vez más importante. importante. Este artículo revisa las formas de aditivos en los hidratos de gas natural, centrándose en sistemas simples y la importancia de los tensioactivos en este proceso.
El primero se usa ampliamente en la producción industrial, no solo reduce efectivamente el bloqueo de las tuberías, sino que también aumenta la capacidad de almacenamiento de gas. El segundo puede usarse como una forma de explicar el patrón de acumulación de hidratos de gas natural en la exploración geológica, es decir, en diversas áreas submarinas; En entornos, los tensioactivos autótrofos pueden acelerar de forma independiente la formación de hidratos de gas y mantener su estabilidad.
Palabras clave: hidrato de gas; sistema simple; tensioactivo