Ионные жидкости в качестве промоторов гидратообразования

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Впервые проведен обзор ионных жидкостей (ИЖ), являющихся перспективными промоторами гидратообразования. В работе описана эффективность промотирования и кратко сформулированы основные принципы промотирования гидратообразования CH4 и CO2 имидазолиевыми, фосфониевыми, аммониевыми, гидроксильными и пропиловыми ионными жидкостями. Из проведенного обзора следует, что наибольшее количество исследований проведено с использованием имидазолиевых ИЖ, которые являются поверхностно-активными веществами и значительно улучшают кинетику процесса гидратообразования. Фосфониевые ионные жидкости этилтрибутилфосфония гексафторфосфат и трибутилгексилфосфония гексафторфосфат улучшают как кинетику, так и термодинамику процесса гидратообразования. Они показали наибольшую функциональность из рассмотренных ИЖ, т. к. одновременно повысили температуру газогидратного равновесия, уменьшили время индукции, а также увеличили количество газа в газогидратной фазе. Показано, что рассматриваемые аммониевые ИЖ эффективно снижают давление и увеличивают температуру диссоциации газовых гидратов. Гидроксильная ИЖ 1-гидроксиэтил-1-метилморфолиний хлорид не заполняет газогидратные полости, однако искажает решетку газового гидрата, что приводит к увеличению количества газа в газогидратной фазе. Рассмотренные пропиловые ионные жидкости позволяют снизить как давление диссоциации газовых гидратов, так и увеличить содержание газа в газогидратной фазе. Таким образом, подбор ионных жидкостей в качестве промоторов гидратообразования является индивидуальным для каждой из задач при разделении и очистке природного газа.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Мария Сергеевна Кудрявцева

Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Автор, ответственный за переписку.
Email: kudryavtseva.m.s@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3265-5418

к. х. н.

Россия, Нижний Новгород, 603022

Антон Николаевич Петухов

Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: kudryavtseva.m.s@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4904-7622

к. х. н.

Россия, Нижний Новгород, 603022

Дмитрий Николаевич Шаблыкин

Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: kudryavtseva.m.s@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6185-5788

к. т. н.

Россия, Нижний Новгород, 603022

Екатерина Александровна Степанова

Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: kudryavtseva.m.s@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1813-271X
Россия, Нижний Новгород, 603022

Список литературы

  1. Голубева И.А., Родина Е.В. Газоперерабатывающие предприятия России. Астраханский газоперерабатывающий завод (ООО “Газпром добыча Астрахань”) // Нефтепереработка и нефтехимия. 2015. № 3. С. 29–36.
  2. Набоков С.В., Петкина Н.П. Абсорбенты для очистки газов от H2S и CO2: опыт и перспективы применения этаноламинов на газоперерабатывающих заводах ОАО “Газпром” // Современные технологии переработки и использования газа. 2015. Т. 21. № 1. С. 3–8.
  3. Манаков А.Ю., Стопорев А.С. Актуальные аспекты физической химии газовых гидратов и их технологического применения // Успехи химии. 2021. Т. 90. № 5. С. 566–600. https://doi.org/10.1070/RCR4986
  4. Hassanpouryouzband A., Joonaki E., Farahani M. V., Takeya S., Ruppel C., Yang J., English N.J., Schicks J.M., Edlmann K., Mehrabian H., Aman Z.M., Tohidi B. Gas hydrates in sustainable chemistry // Chem. Soc. Rev. 2020. V. 49. P. 5225–5309. https://doi.org/10.1039/C8CS00989A
  5. Eslamimanesh A., Mohammadi A. H., Richon D., Naidoo P., Ramjugernath D. Application of gas hydrate formation in separation processes: A review of experimental studies // J. Chem. Thermodyn. 2012. V. 46. P. 62–71. https://doi.org/10.1016/j.jct.2011.10.006
  6. Бык С.Ш., Фомина В.И. Газовые гидраты // Успехи химии. 1968. Т. 37. № 6. С. 1097–1135. https://doi.org/10.1070/RC1968v037n06ABEH001654
  7. Sergeeva M.S., Petukhov A.N., Shablykin D.N., Mokhnachev N.A., Vorotyntsev I.V., Vorotyntsev V.M. Investigation of the gas hydrate equilibrium in CH4–CO2–H2O mixture in the presence of THF–SDS promoters // Fluid Phase Equilib. 2021. V. 546. ID113170. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2021.113170
  8. Li Y., Gamblee A.M., Rossi F., Mei S. Effect of promoters on CO2 hydrate formation: thermodynamic assessment and microscale Raman spectroscopy/hydrate crystal morphology characterization analysis // Fluid Phase Equilib. 2021. V. 550. 113218. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2021.113218
  9. Partoon B., Malik S.N.A., Azemi M.H., Sabil K.M. Experimental investigations on the potential of SDS as low-dosage promoter for carbon dioxide hydrate formation // Asia-Pacific J. Chem. Eng. 2013. V. 8. № 6. P. 916–921. https://doi.org/10.1002/apj.1736
  10. Petukhov A., Atlaskin A., Sergeeva M., Kryuchkov S., Shablykin D., Trubyanov M., Smorodin K., Zarubin D., Atlaskina M., Petukhova A., Vorotyntsev A., Vorotyntsev I. The role of Tween 80 and SDS in the kinetics of semi-clathrate hydrates formation for carbon dioxide capture from flue gas // Sep. Sci. Technol. 2022. V. 57. № 10. P. 1627–1641. https://doi.org/10.1080/01496395.2021.1998123
  11. Mohammadi A., Jodat A. Investigation of the kinetics of TBAB + carbon dioxide semiclathrate hydrate in presence of tween 80 as a cold storage material // J. Mol. Liq. 2019. V. 293. ID111433. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111433
  12. Tang B., Bi W., Tian M., Row K. H. Application of ionic liquid for extraction and separation of bioactive compounds from plants // J. Chromatogr. B. 2012. V. 904. P. 1–21. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2012.07.020
  13. Song H.N., Lee B.C., Lim J.S. Measurement of CO2 solubility in ionic liquids: [BMP][TfO] and [P14,6,6,6][Tf2N] by measuring bubble-point pressure // J. Chem. Eng. Data. 2010. V. 55. № 2. P. 891–896. https://doi.org/10.1021/je9005085
  14. Kazarina O.V., Agieienko V.N., Nagrimanov R.N., Atlaskina M.E., Petukhov A.N., Moskvichev A.A., Nyuchev A.V., Barykin A.V., Vorotyntsev I.V. A rational synthetic approach for producing quaternary ammonium halides and physical properties of the room temperature ionic liquids obtained by this way // J. Mol. Liq. 2021. Vol. 344. ID117925. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.117925
  15. Keskin S., Kayrak-Talay D., Akman U., Hortaçsu Ö. A review of ionic liquids towards supercritical fluid applications // J. Supercrit. Fluids. 2007. V. 43. № 1. P. 150–180. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2007.05.013
  16. Cvjetko Bubalo M., Vidović S., Redovniković I. R., Jokić S. Green solvents for green technologies // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2015. V. 90. № 9. P. 1631–1639. https://doi.org/10.1002/jctb.4668
  17. Gao H., Luo M., Xing J., Wu Y., Li Y., Li W., Liu Q., Liu H. Desulfurization of fuel by extraction with pyridinium-based ionic liquids // Ind. Eng. Chem. Res. 2008. V. 47. № 21. P. 8384–8388. https://doi.org/10.1021/ie800739w
  18. Zhou J., Sui H., Jia Z., Yang Z., He L., Li X. Recovery and purification of ionic liquids from solutions: a review // RSC Adv. 2018. V. 8. № 57. P. 32832–32864. https://doi.org/10.1039/C8RA06384B
  19. Tariq M., Rooney D., Othman E., Aparicio S., Atilhan M., Khraisheh M. Gas hydrate inhibition: A review of the role of ionic liquids // Ind. Eng. Chem. Res. 2014. V. 53. № 46. P. 17855–17868. https://doi.org/10.1021/ie503559k
  20. Ul Haq I., Qasim A., Lal B., Zaini D.B., Foo K.S., Mubashir M., Khoo K.S., Vo D.-V.N., Leroy E., Show P.L. Ionic liquids for the inhibition of gas hydrates. A review // Environ. Chem. Lett. 2022. V. 20. № 3. P. 2165–2188. https://doi.org/10.1007/s10311-021-01359-9
  21. Bavoh C.B., Nashed O., Rehman A.N., Othaman N.A.A.B., Lal B., Sabil K.M. Ionic liquids as gas hydrate thermodynamic inhibitors // Ind. Eng. Chem. Res. 2021. V. 60. № 44. P. 15835–15873. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c01401
  22. Jadhav P.D., Shah P.M., Kundu D. Minireview on the thermodynamic and kinetic modeling of ionic liquid promoted inhibition of gas hydrate formation // Energy and Fuels. 2021. Vl. 35. № 14. P. 11037–11060. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.1c01445
  23. Tang C., Liang D. Inhibitory effects of novel green inhibitors on gas hydrate formation // Chinese J. Chem. Eng. 2019. V. 27. № 9. P. 2107–2117. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2019.02.016
  24. Gupta P., Mondal S., Gardas R.L., Sangwai J.S. Investigation on the effect of ionic liquids and quaternary ammonium salts on the kinetics of methane hydrate // Ind. Eng. Chem. Res. 2023. V. 62. № 45. P. 18852–18866. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c04595
  25. Кудрявцева М.С., Петухов А.Н., Шаблыкин Д.Н., Степанова Е.А., Воротынцев В.М. Расчет коэффициентов газогидратного распределения СО2 и Н2S при извлечении из метансодержащей газовой смеси // Журн. физ. химии. 2023. Т. 97. № 4. С. 481–485. https://doi.org/10.31857/S0044453723040192
  26. Dabrowski N., Windmeier C., Oellrich L.R. Purification of natural gases with high CO2 content using gas hydrates // Energy and Fuels. 2009. V. 23. № 11. P. 5603–5610. https://doi.org/10.1021/ef9005669
  27. Van Denderen M., Ineke E., Golombok M. CO2 removal from contaminated natural gas mixtures by hydrate formation // Ind. Eng. Chem. Res. 2009. V. 48. № 12. P. 5802–5807. https://doi.org/10.1021/ie8017065
  28. Zare M., Haghtalab A., Ahmadi A.N., Nazari K., Mehdizadeh A. Effect of imidazolium based ionic liquids and ethylene glycol monoethyl ether solutions on the kinetic of methane hydrate formation // J. Mol. Liq. 2015. V. 204. P. 236–242. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2015.01.034
  29. De Menezes D.É.S., Pessôa Filho P. de A., Robustillo Fuentes M.D. Use of 1-butyl-3-methylimidazolium-based ionic liquids as methane hydrate inhibitors at high pressure conditions // Chem. Eng. Sci. 2020. V. 212. ID115323. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.115323
  30. Liu F.P., Li A.-R., Wang J., Luo Z.-D. Iron-based ionic liquid ([BMIM][FeCl4]) as a promoter of CO2 hydrate nucleation and growth // Energy. 2021. V. 214. ID119034. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.119034
  31. Kitajima T., Ohtsubo N., Hashimoto S., Makino T., Kodama D., Ohgaki K. Study on prompt methane hydrate formation derived by addition of ionic liquid // Am. Chem. Sci. J. 2012. V. 2. № 3. P. 100–110. https://doi.org/10.5281/zenodo.8284
  32. Nashed O., Sabil K.M., Ismail L., Japper-Jaafar A., Lal B. Mean induction time and isothermal kinetic analysis of methane hydrate formation in water and imidazolium based ionic liquid solutions // J. Chem. Thermodyn. 2018. V. 117. P. 147–154. https://doi.org/10.1016/j.jct.2017.09.015
  33. Yue G., Gao F.-x., Wang U.-w., Xu Z., Liu Y., Sun Q., Li X.-x., Yang L.-y., Liu A.-x., Guo X.-q. Combination of imidazolium bromine and tetrabutylammonium bromide for CH4 purification from simulated biogas by hydrate-based gas separation // J. Chem. Eng. Data. 2019. V. 64. № 12. P. 5824–5837. https://doi.org/10.1021/acs.jced.9b00771
  34. Chen Q., Yu Y., Zeng P., Yang W., Liang Q., Peng X., Liu Y., Hu Y. Effect of 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate on the formation rate of CO2 hydrate // J. Nat. Gas Chem. 2008. V. 17. № 3. P. 264–267. https://doi.org/10.1016/S1003-9953(08)60061-4
  35. Wang L., Chen Y., Xu Y., Zhang Y., Li Y., Wang Y., Wei J., Chu T. Thermodynamic and kinetic effects of quaternary ammonium and phosphonium ionic liquids on CO2 hydrate formation // ACS Omega. 2023. V. 8. № 1. P. 1191–1205. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c06621
  36. Nashed O., Koh J.C.H., Lal B. Physical-chemical properties of aqueous TBAOH solution for gas hydrates promotion // Procedia Eng. 2016. V. 148. P. 1351–1356. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.586
  37. Khan M.S., Lal B., Shariff A.M., Mukhtar H. Ammonium hydroxide ILs as dual-functional gas hydrate inhibitors for binary mixed gas (carbon dioxide and methane) hydrates // J. Mol. Liq. 2019. V. 274. P. 33–44. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.10.076
  38. Khan M.S., Bahov C.B., Partoon B., Nashed O., Lal B., Mellon N.B. Impacts of ammonium based ionic liquids alkyl chain on thermodynamic hydrate inhibition for carbon dioxide rich binary gas // J. Mol. Liq. 2018. V. 261. P. 283–290. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.10.076
  39. Tariq M., Connor E., Thompson J., Khraisheh M., Atilhan M., Rooney D. Doubly dual nature of ammonium-based ionic liquids for methane hydrates probed by rocking-rig assembly // RSC Adv. 2016. V. 6. № 28. P. 23827–23836. https://doi.org/10.1039/C6RA00170J
  40. Lee W., Shin J.-Y., Kim K.-S., Kang S.-P. Kinetic promotion and inhibition of methane hydrate formation by morpholinium ionic liquids with chloride and tetrafluoroborate anions // Energy and Fuels. 2016. V. 30. № 5. P. 3879–3885. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.6b00271
  41. Shin J.-Y., Kim K., Kang S.-P., Mun S. Study on the promotion effect of ionic liquid on CH4 hydrate formation // Korean Chem. Eng. Res. 2013. V. 51. № 4. P. 500–505. https://doi.org/10.9713/kcer.2013.51.4.500
  42. Li J.M., Wang S.L., Rao Y.C., Zhang L., Dai Y., Liu M.F. Experimental study on carbon dioxide hydrate formation strengthened by ionic liquid // Mod. Chem. Ind. 2014. V. 34. № 12. P. 124–127
  43. Gallagher J.E. Natural gas measurement handbook. Houston: Gulf Publishing Company, 2006. 496 p.
  44. Liu G., Zhu L., Cao W., Liu H., He Y. New technique integrating hydrate-based gas separation and chemical absorption for the sweetening of natural gas with high H2S and CO2 contents // ACS Omega. 2021. V. 6. № 40. P. 26180–26190. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c03165
  45. Широкова Г.С., Елистратов М. В. Комплексная очистка природного газа для получения СПГ // Транспорт на альтернативном топливе. 2011. Т. 20. № 2. С. 42–47.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024