Сравнительный анализ механизмов и кинетики гидратообразования СО2 с добавкой додецилсульфат натрия и L-лейцина в статических условиях

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В настоящее время для решения ключевой проблемы повышения эффективности гидратных технологий транспортирования, хранения и утилизации природных и техногенных газов в форме газовых гидратов предлагается использование добавок-промоторов, среди которых наиболее эффективной и изученной считается додецилсульфат натрия (SDS). Однако промотирующий эффект SDS не распространяется на гидратообразование СО2. Аминокислоты являются новым классом промоторов гидратообразования газов, интенсивно исследуемым в последнее время. В работе изучено влияние аминокислоты L-лейцина на кинетику и морфологию роста гидратов СО2. Показано, что добавка 0.5 мас. % L-лейцина в десятки раз увеличивает скорость гидратообразования и конверсию воды в гидрат. Установлено, что гидратная пленка, образующаяся на межфазной границе газ – жидкость со стороны газовой фазы, является проницаемой для жидкости, тогда как со стороны жидкой фазы образование непроницаемой гидратной пленки ингибируется добавкой L-лейцина. Такое комбинированное влияние L-лейцина на морфологию гидратной пленки на поверхности газ – жидкость приводит к образованию пористых гидратных отложений на боковой поверхности реактора и росту гидратов СО2 в объеме газовой фазы по капиллярному механизму.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. Н. Нестеров

Институт криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН

Author for correspondence.
Email: nesterov@ikz.ru
Russian Federation, Тюмень

А. М. Решетников

Институт криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН

Email: nesterov@ikz.ru
Russian Federation, Тюмень

References

  1. Nguyen N.N., La V.T., Huynh C.D., Nguyen A.V. // Appl. Energ. 2022. V. 307. P. 118237. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.118237
  2. Rehman A., Lal B. // Energies. 2022. V. 15. № 21. P. 8309. https://doi.org/10.3390/en15218309
  3. Pandey G., Poothia T., Kumar A. // Appl. Energ. 2022. V. 326. P. 119900. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119900
  4. Veluswamy H.P., Wong A.J.H., Babu P. et al. // Chem. Eng. J. 2016. V. 290. P. 161. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.01.026
  5. Hassanpouryouzband A., Joonaki E., Vasheghani Farahani M. et al. // Chem. Soc. Rev. 2020. V. 49. № 15. P. 5225. https://doi.org/10.1039/c8cs00989a
  6. Манаков А.Ю., Пенков Н.В., Родионова Т.В. и др. // Успехи химии. 2017. Т. 86. № 9. С. 845. [Manakov A.Yu., Penkov N.V., Rodionova T.V. et al. // Russ. Chem. Rev. 2017. Т. 86. № 9. С. 845. https://doi.org/10.1070/RCR4720]
  7. Манаков А.Ю., Стопорев А.С. // Успехи химии. 2021. Т. 90. № 5. С. 566. [Manakov A.Yu., Stoporev A.S. // Russ. Chem. Rev. 2021. V. 90. P. 566. https://doi.org/10.1070/RCR4986]
  8. Кутергин О.Б., Мельников В.П., Нестеров А.Н. // Докл. Акад. Наук. 1992. Т. 323. № 3. С. 549. [Kutergin O.B., Melnikov V.P., Nesterov A.N. // Dokl. Akad. Nauk. 1992. V. 323. № 3. P. 549.]
  9. Gayet P., Dicharry C., Marion G. et al. // Chem. Eng. Sci. 2005. V. 60. № 21. P. 5751. https://doi.org/10.1016/j.ces.2005.04.069
  10. Okutani K., Kuwabara Y., Mori Y.H. // Chem. Eng. Sci. 2008. V. 63. № 1. P. 183. https://doi.org/10.1016/j.ces.2007.09.012
  11. Zhang J., Lee J.W. // Ind. Eng. Chem. Res. 2009. V. 48. № 13. P. 5934. https://doi.org/10.1021/ie801170u
  12. Daniel-David D., Guerton F., Dicharry C. et al. // Chem. Eng. Sci. 2015. V. 132. P. 118. https://doi.org/10.1016/j.ces.2015.04.015
  13. Molokitina N.S., Nesterov A.N., Podenko L.S., Reshetnikov A.M. //Fuel. 2019. V. 235. P. 1400. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.08.126
  14. Liu Y., Chen B., Chen Y. et al. // Energy Technol. 2015. V. 3. № 8. P. 815. http://dx.doi.org/10.1002/ente.201500048
  15. Cai Y., Chen Y., Li Q. et al. // Energy Technol. 2017. V. 5. № 8. P. 1195. https://doi.org/10.1002/ente.201600731
  16. Bhattacharjee G., Linga P. // Energy Fuels. 2021. V. 35. № 9. P. 7553. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.1c00502
  17. Kumar A., Bhattacharjee G., Kulkarni B.D., Kumar R. // Ind. Eng. Chem. Res. 2015. V. 54. № 49. P. 12217. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5b03476
  18. Veluswamy H.P., Hong Q.W., Linga P. // Cryst. Growth Des. 2016. V. 16. № 10. P. 5932. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b00997
  19. Liu Z., Zeng Y., Wang W. // IOP Conf. Ser.: Earth and Environ. Sci. 2020. V. 474. № 5. https://doi.org/10.1088/1755-1315/474/5/052054
  20. Ricaurte M., Torré J.P., Asbai A. et al. // Ind. Eng. Chem. Res. 2012. V. 51. № 7. P. 3157. https://doi.org/10.1021/ie2023993
  21. Nesterov A.N., Reshetnikov A.M. // J. Natural Gas Sci. Eng. 2022. V. 99. P. 104424. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2022.104424
  22. Sloan E.D., Koh C.A. Clathrate Hydrates of Natural Gases. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press Tailor & Francis Group, 2008.
  23. Uchida T., Hondoh T., Mae S., Kawabata J. где название работы?? / In: Uchida T., Hondoh T., editors. Direct Ocean Disposal of Carbon Dioxide. Tokyo: TERRAPUB, 1995. P. 45.
  24. Драчук А.О., Молокитина Н.С., Кибкало А.А., Поденко Л.С. // Журн. прикл. химии. 2022. Т. 95. № 4. С. 444. [Drachuk A.O., Molokitina N.S., Kibkalo A.A., Podenko L.S. // Russ. J. Appl. Chem. 2022. V. 95. № 4. P. 506. https://doi.org/10.1134/S107042722204005X]
  25. Circone S., Stern L.A., Kirby S.H. et al. // J. Phys. Chem. B. 2003. V. 107. №. 23. P. 5529. https://doi.org/10.1021/jp027391j
  26. Ohmura R., Shimada W., Uchida T. et al. // Philos. Mag. 2004. V. 84. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1080/14786430310001623542
  27. Adamova T.P., Skiba S.S., Manakov A.Y., Misyura S.Y. // Chin. J. Chem. Eng. 2023. V. 56. P. 266. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2022.07.006
  28. Botimer J.D., Dunn-Rankin D., Taborek P. // Chem. Eng. Sci. 2016. V. 142. P. 89. https://doi.org/10.1016/j.ces.2015.11.035
  29. Venet S., Guerton F., Desmedt A., Broseta D. // Chem. Eng. Sci. 2022. V. 248. P. 117193. https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.117193
  30. Zhang X., Zhao J., Chen C. et al. // Chem. Eng. Sci. 2023. V. 276. P. 118761. https://doi.org/10.1016/j.ces.2023.118761

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Pressure change during isochoric cooling of the reactor and formation of CO2 hydrates. Solid lines: 1 - 0.5 wt.% L-leucine solution, 2 - equilibrium curve of water - CO2 hydrate - gas [22]. Symbols:  - pure water,  - 0.1 wt.% SDS solution, other designations in the text

Download (62KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Temperature change in the reactor during nucleation of CO2 hydrates; 1 - 0.5 wt.% L-leucine solution, 2 - 0.1 wt.% SDS solution, 3 - pure water.

Download (64KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Conversion of water to CO2 hydrate under isochoric cooling of the reactor; pS=4.0 MPa, T0=298 K; 1 - 0.5 wt.% L-leucine solution, 2 - 0.1 wt.% SDS solution, 3 - pure water. The inset shows a sample of CO2 hydrate extracted from the reactor after hydrate formation is completed for L-leucine solution.

Download (64KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Water-to-hydrate conversion under isobaric CO2 hydration and constant temperature for 0.5 wt.% L-leucine solution. P = 2.8 MPa, T = 275 K.

Download (52KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Morphology of CO2 hydrates formed at the gas-liquid interfacial surface (a1-a5) for pure water, p=3.4 MPa, T=274.8 K, ∆T=6.3 K and (b1-b5) for0.1 wt.% SDS solution, p=3.3 MPa, T=275.1 K, ∆T=5.8 K.

Download (367KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Morphology of CO2 hydrates formed at the gas-liquid interfacial surface for 0.5 wt.% L-leucine solution. P = 3.5 MPa, T = 276.5 K, ∆T = 4.7 K.

Download (412KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».