Магистерская диссертация на тему "ТЮМГУ | Новый биодеградируемый промотор гидратообразования метана"

Работа на тему: Новый биодеградируемый промотор гидратообразования метана
Оценка: хорошо.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра прикладной и технической физики

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
магистерская диссертация
НОВЫЙ БИОДЕГРАДИРУЕМЫЙ ПРОМОТОР ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ МЕТАНА

16.04.01 Техническая физика Магистерская программа «Физика недр»

Тюмень 2023 ГОД

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ПОЛИТИЧЕСКАЯ ПОВЕСТКИ 6
1.2. ГИДРАТЫ МЕТАНА. ПРОБЛЕМЫ ГАЗОГИДРАТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 9
1.3. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ РАЗВИТИЯ ГАЗОГИДРАТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 12
1.3.1. ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА 13
1.3.2. БИОДЕГРАДИРУЕМЫЕ ПРОМОТОРЫ 15
2.1. МАТЕРИАЛЫ 17
2.2. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ – ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СОЕВОГО ЛЕЦИТИНА 19
2.3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 21
2.3.1. МЕТОД PVT – ОБРАЗОВАНИЕ ГИДРАТОВ МЕТАНА 21
2.3.2. МЕТОД ЯМР 25
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 29
3.1. КИНЕТИКА ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ МЕТАНА В ЖИДКИХ ВОДНЫХ РАСТВОРАХ СОЕВОГО ЛЕЦИТИНА 29
3.1.1. КРАТНОСТЬ ПЕНООБРАЗОВАНИЯ РАСТВОРОВ СОЕВОГО ЛЕЦИТИНА 33
3.2. КИНЕТИКА ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ МЕТАНА В ЗАМОРОЖЕННЫХ МОЛОТЫХ РАСТВОРАХ СОЕВОГО ЛЕЦИТИНА 34
3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАЛИЧИЯ ЖИДКОЙ МИКРОФАЗЫ В ЗАМОРОЖЕННЫХ МОЛОТЫХ РАСТВОРАХ СОЕВОГО ЛЕЦИТИНА МЕТОДОМ ЯМР В ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР, БЛИЗКИХ К
ПЛАВЛЕНИЮ ЛЬДА 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 47

ВВЕДЕНИЕ
Курс на активное освоение Арктической зоны Российской Федерации компаниями топливно-энергетического комплекса предполагает разработку новых методов и подходов к проведению геологоразведочных работ, разработки и транспортировки углеводородного сырья с целью снижения негативного воздействия на экосистему Арктического региона с сохранением экономической целесообразности их использования. Так, используемые на сегодняшний день технологии хранения и транспортировки природного газа имеют ряд недостатков, еще более осложняемых в суровых климатических условиях. Метод транспортировки природного газа путем его отверждения в гидратную форму можно рассматривать как альтернативу используемым методам сжижения или сжатия газа и транспортировки трубопроводом.
Газогидрат представляет собой клатратное соединение молекул воды и газа, стабильное в определенных термобарических условиях. Такие преимущества как сжатие газа в гидрате до 180 н.м3/м3 и возможность транспорта и хранения отвержденного природного газа при атмосферном давлении и температурах ниже -5 ?С, создают перспективу для развития и внедрения газогидратных технологий транспортировки и хранения природного газа в промышленный сектор. Кроме того, холодные климатические условия Арктического региона могут способствовать переводу природного газа в гидратное состояние без вложений в создание дополнительных охладительных узлов.
Однако, перевод газогидратных технологий в промышленный масштаб осложнено по причинам низких скоростей роста гидратов метана и степеней конверсии воды в гидрат. Наиболее перспективным методом решения данных проблем является использование кинетических промоторов на основе поверхностно-активных веществ.
В данной работе предлагается способ оптимизации газогидратных технологий транспортировки и хранения природного газа, путем использования
в качестве промотирующей добавки поверхностно-активного вещества природного происхождения – соевого лецитина. Ранее не было определено влияние добавки соевого лецитина на гидратообразование метана.
Экспериментальными методами показано, что добавка соевого лецитина не уступает по своим промотирующим гидратообразование свойствам наиболее изученному промотору додецилсульфат натрию, при этом превосходит его по экологическим характеристикам. Кроме того показано, что соевый лецитин, в отличие от додецилсульфат натрия, не приводит к вспениванию гидратов метана в ходе диссоциации, что является важным фактором для успешного внедрения технологии в промышленный цикл транспорта и хранения газа. Все вышеперечисленные факторы делают технологию промотирования гидратообразования метана добавкой соевого лецитина перспективной к дальнейшему изучению с целью коммерциализации газогидратных технологий транспортировки и хранения природного газа.
Целью работы является разработка технологии промотирования гидратообразования метана на основе нового биоразлагаемого промотора соевого лецитина для газогидратных технологий транспортировки и хранения природного газа.
Задачи, которые стоят передо мной для достижения данной цели, следующие:
1. Определение влияния диапазона концентраций добавки соевого лецитина на эффективность промотирования образования гидрата метана в жидких растворах;
2. Определение влияния диапазона температур гидратообразования и диапазона концентраций добавки соевого лецитина на эффективность промотирования образования гидрата метана в замороженных молотых растворах фракции 80-140 мкм;
3. Проведение сравнительного анализа промотирующих способностей добавки соевого лецитина с другими промоторами, а именно с додецилсульфат натрием и поливиниловым спиртом;
4. Выявление наличия подвижности протонов в жидкой микрофазе в замороженных молотых растворах соевого лецитина фракции 80-140 мкм методом ЯМР и определение зависимости промотирующих свойств от наличия жидкой фазы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. A review of solidified natural gas (SNG) technology for gas storage via clathrate hydrates / H.P. Veluswamya [et al.] // Applied Energy. 2018. V. 216. Pp. 262–285.
2. An Experimental Study of Crystallization and Crystal Growth of Methane Hydrates from Melting Ice / M.J. Hwang [et al.] // Journal of Inclusion Phenomena and Molecular Recognition in Chemistry. 1990. V. 8. Pp. 103-116.
3. An innovative approach to enhance methane hydrate formation kinetics with leucine for energy storage application / H.P. Veluswamy [et al.] //Applied Energy. 2017. V. 188. Pp. 190–199.
4. Anti-Agglomeration Effects of Biodegradable Surfactants from Natural Sources on Natural Gas Hydrate Formation / S.P. Kang [et al.] // Energies. 2020. V. 13. № 5. 11 p.
5. Biosurfactant as a Promoter of Methane Hydrate Formation: Thermodynamic and Kinetic Studies / A. Arora [et al.] // Scientific Reports. 2016. V. 6. 11 p.
6. Causes of global warming // WWF-Australia, 2018.
7. Comparison of methane hydrate formation in stirred reactor and porous media in the presence of SDS / D.L. Zhong [et al.] // Energy Procedia. 2014. V. 61. Pp. 1573 – 1576.
8. Corn’s dextrin, a novel environmentally friendly promoter of methane hydrate formation / A. Mohammadi [et al.] // Journal of Molecular Liquids. 2021. V. 336. 116855.
9. Cost effective technologies and renewable substrates for biosurfactants’ production / I.M. Bnat [et al.] // Microbiology. 2014. V. 5. 19 p.
10. Diffusion Theory of Formation of Gas Hydrate from Ice Powder without Melting / W. Liu [et al.] // Energy Procedia. 2014. V. 61. Pp. 513 – 522.
11. Dissociation and Self-Preservation of Gas Hydrates in Permafrost / E. Chuvilin [et al.] // Geosciences. 2018. V. 8. № 431. 12 p.
12. Effect of different surfactants on methane hydrate formation rate, stability and storage capacity / H. Ganji [et al.] // Fuel. 2007. V. 86. Pp. 434-441.
13. Effect of SDS Surfactant on Methane Hydrate Formation: A Molecular Dynamics Study / N. Choudhary [et al.] // The Journal of Physical Chemistry. 2018. V. 122 (25). Pp. 6536-6542.
14. Effects of Biosurfactants on Gas Hydrates / A. Arora [et al.] // Journal of Petroleum & Journal Environmental Biotechnology. 2014. V. 5, Is. 2. 7 p.
15. Effects of chemical modification of PVA by acrylamide, methacrylamide and acrylonitrile on the growth rate of gas hydrate in methane-propane-water system /
H. Roosta [et al.] // Journal of Molecular Liquids. 2018. V. 253. Pp. 259-269.
16. Effects of temperature and pressure on the methane hydrate formation with the presence of tetrahydrofuran (THF) as a promoter in an unstirred tank reactor
/ K. Inkong [et al.] // Fuel. 2019. V. 255. 11 p.
17. Efficient Storage of Methane in Hydrate Form Using Soybean Powder /
R.R. Ganteda [et al.] / Methane. 2022. V. 1. Pp. 201–209.
18. Effect of polymer nanocomposites on methane hydrate stability and storage capacity / H. Ganji [et al.] // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2013. V. 112. № 3. P. 32-35.
19. Gas Hydrate Nucleation and Growth in the Presence of Water-soluble Polymer, Nonionic Surfactants, and Their Mixtures / A.P. Semenov [et al.] // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2020. V. 82. 11 p.
20. Global Gas Flaring Reduction Partnership (GGFR) // The World Bank Group, 2023.
21. Hydrogen hydrates: Equation of state and self-preservation effect / R.V. Belosudov [et al.] // Fluid Phase Equilibria. 2016. V. 413. Pp. 220-228.
22. Impact of Different Surfactants and their Mixtures on Methane-Hydrate Formation / A. Fazlali [et al.] // Energy Technology. 2013. V. 1. Is. 8. Pp. 471–477.
23. Investigation on a novel reactor for gas hydrate production / F. Rossi [et al.] // Applied Energy. 2012. V. 99. P. 167–172.
24. Kanda H. Economic study on natural gas transportation with natural gas hydrate (ngh) pellets // 23rd World Gas Conference. Amsterdam, 2006. 11 p.
25. Karaaslan U., Parlaktuna M. Promotion Effect of Polymers and Surfactants on Hydrate Formation Rate // Energy and Fuels. 2002. V. 16. Pp. 1413- 1416.
26. Liu W., Li Y., Xu X. Study on Influence Factors of Methane Hydrate Formation from Ice: Temperature, Pressure and SDS Surfactant // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2019. V. 27. I. 2. Pp. 405-410.
27. Longinos S.N., Parlaktuna M. The Effect of Experimental Conditions on Methane (95%)–Propane (5%) Hydrate Formation // Energies. 2020. V. 13(24). 17 p.
28. Majid A.A.A., Koh C.A. Self-preservation phenomenon in gas hydrates and its application for energy storage Author links open overlay panel // Developments in Physical & Theoretical Chemistry. 2021. Pp. 267-285.
29. Makogon Y.F. Hydrates of Hydrocarbons, 1st ed. Oklahoma. Penwell Books, 1997. 482 p.
30. Mechanism of L-leucine in promoting methane hydrate formation by molecular dynamic simulation / Y.L. Chen [et al.] // Materials Engineering and Environmental Science. 2016. Pp. 173-181.
31. Methane Hydrate Pellet Transport Using the Self-Preservation Effect: A Techno-Economic Analysis / G. Rehder [et al.] // Energies. 2012. V. 5. Pp. 2499- 2523.
32. Methane Storage in a Hydrated Form as Promoted by Leucines for Possible Application to Natural Gas Transportation and Storage / Y. Liu [et al.] // Energy Technology. 2015. V. 3. Is. 8. Pp. 815-819.
33. Molokitina N.S., Drachuk A.O. Effect of PVA contained in ice on methane hydrate formation and gas storage // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2022. V. 97. 11 p.
34. Multiple methane hydrate formation in powder poly(vinyl alcohol) cryogel for natural gas storage and transportation / L.S. Podenko [et al.] // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2022. V. 88.
35. Overview of Greenhouse Gases // EPA, 2023.
36. Potato starch as methane hydrate promoter / H. Fakharian [et al.] // Fuel. 2012. V. 94. P. 356-360.
37. Prasad P.S.R., Chari V.D. Preservation of methane gas in the form of hydrates: Use of mixed hydrates // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2015. V. 25. Pp. 10-14.
38. Preventing, halting and reversing the degradation of ecosystems worldwide //
39. Production of Methane Hydrates in Dispersed Frozen Aqueous Solutions of Polyvinyl Alcohol Academician / V. P. Mel’nikov [et al.] // Doklady Chemistry. 2019. V. 487. P. 1. Pp. 198–202.
40. Role of Surfactants in Promoting Gas Hydrate Formation / A. Kumar [et al.] // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2015. V. 54. № 49. P. 17-32.
41. Saikia T., Mahto V. Evaluation of Soy Lecithin as Eco-Friendly Biosurfactant Clathrate Hydrate Antiagglomerant Additive // Journal of Surfactants and Detergent. 2018. V. 21. P. 101-111.
42. Self-Preservation of CH4 Hydrates for Gas Transport Technology: Pressure?Temperature Dependence and Ice Microstructures / A. Falenty [et al.] // ACS Publications. 2014. Pp. 6275-6283.
43. Sloan E.D., Koh C.A. Clathrate hydrates on natural gases. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press, 2008. 721 p.
44. Smith J.M. Introduction To Chemical Engineering Thermodynamics 8th Edition. Mc Graw Hill, 2018. 769 p.
45. Statistical Review of World Energy. 68th edition
46. Study on the kinetics of hydrate formation in a bubble column / Y.T. Luo [et al.] // Chemical Engineer Science. 2007. V. 62. Is.4. Pp. 1000–1009.
47. Synergistic effect of combination of surfactant and oxide powder on enhancement of gas hydrates nucleation / A.N. Nesterov [ et al.] // Journal of Energy Chemistry. 2017. V. 26. Is. 4. Pp. 808–814.
48. Szuhaj B.F., Yeo J.D., Shahidi F. Lecithins // Bailey's Industrial Oil and Fat Products. 2020. V. 7. 86 p.
49. Taylor C.E., Kwan J.T. Advances in the Study of Gas Hydrates Edited. Kluwer Academic Publishers, Springer Science, 2004. 267 p.
50. The biosurfactant Surfactin as a kinetic promoter for methane hydrate formation / G. Bhattacharjee [et al.] // Energy Procedia. 2015. V. 105. P. 11-17.
51. Veluswamy H.P., Hong Q.W., Linga P. Morphology study of methane hydrate formation and dissociation in the presence of amino acid // Crystal Growth & Design. 2016. V. 16 (10). Pp. 5932-5945.
52. Verrett J., Posteraro D., Servio P. Surfactant effects on methane solubility and mole fraction during hydrate growth // Chemical Engineer Science. 2012. V. 84. Is. 3. Pp. 80–84.
53. Yaqub S., Murtaza M., Lal B. Thermodynamic and kinetic effect of biodegradable polymers on carbondioxide hydrates// Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2021. V. 91. 16 p.
54. Ye Y., Liu C. Natural Gas Hydrates: Experimental Techniques and Their Applications. Springer–Verlag Berlin Heidelberg, 2013. 406 p.
55. Zhang J.S., Lee S., Lee J.W. Kinetics of Methane Hydrate Formation from SDS Solution // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2007. V. 46. Is. 19. Pp. 53–59.
56. Балезин С.А. Основы физической и коллоидной химии // Москва: Просвещение, 1975. 398 с.
57. Гурьева А.Н. Лецитин: свойства и способы получения // Молодой ученый. 2021. № 26 (368). С. 32-40.
58. Законодательное обеспечение переработки нефтяного (попутного) газа // Издание Совета Федерации, 2009.
59. Истомин В.А., Якушев В.С. Газовые гидраты в природных условиях// Москва: Недра, 1992. 237 с.
60. Каталог перерабатывающих заводов России
61. Кистер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов // Москва: Недра, 1972. 212 с.
62. Кутергин О.Б., Мельников В.П., Нестеров А.Н. Влияние поверхностно-активных веществ на механизм и кинетику гидратообразования газов // Доклады Академии Наук. 1992. Т. 323. № 3. С. 549-553.
63. Методы утилизации нефтяного газа: технологические и экономические аспекты, новые решения на основе мембранных технологий / М.А. Гулянский [и др.] // Сфера. Нефть и газ. 2013. № 38. С. 94-100.
64. Мировой рынок газа
65. Николаев А.Ф., Охрименко Г.И. Водорастворимые полимеры. Ленинград: Химия, 1979. 144 с.
66. О Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года [Текст]: указ Президента РФ от 26 октября 2020 № 645 // Собрание законодательства РФ. 2020 г. № 44. ст. 6970.
67. Общее потребление электроэнергии
68. Совет Федерации Федерального собрания Российской Федерации: [сайт] // Сергей Cмиронов: «процесс утилизации попутного газа необходимо сделать экономически выгодным».
69. Сравнительные экономические характеристики гидратной транспортировки природного газа / С.И. Долгаев [и др.] // Вести газовой науки. 2018. № 1 (33). С. 100–116.
70. Федеральный закон от 24.06.1998 № 89-ФЗ "Об отходах производства и потребления" от 24.06.1998 N 89-ФЗ (В редакции Федерального закона от 30.12.2008 № 309-ФЗ) // Собрание законодательства РФ. 1998 г. №26. ст. 3009.
71. Эффект Самоконсервации Газовых Гидратов: Влияние Вмещающей Среды / А.С. Стопорев [и др.] // Актуальные проблемы нефти и газа. 2018.
№ 3(22). 6 c.