Исследовательская работа “Применение газогидратных технологий для разделения газовых смесей с использованием минерализованных вод”
Автор (ы)
Аффилиация
МАОУ “Гимназия №1”, г. Тюмень, 10 класс
Научный руководитель
Аннотация
Цель работы: исследовать равновесные условия образования гидратов метана (CH₄) и углекислого газа (CO₂) в минерализованных водах для разработки эффективной газогидратной технологии разделения газовых смесей.
Задачи работы:
- провести расчет равновесных условий гидратообразования CH₄ и CO₂ в чистой воде и растворе NaCl (3 мас.%) с использованием ПО CSMHyd;
- экспериментально определить условия гидратообразования для CH₄ и CO₂ на лабораторной установке высокого давления;
- сравнить расчетные и экспериментальные данные, оценить влияние солей на процесс разделения;
- проанализировать экономические аспекты применения минерализованных вод в газогидратных технологиях.
Актуальность. Разделение газовых смесей, таких как природный газ и попутный нефтяной газ, остается важной задачей для нефтегазовой отрасли. Традиционные методы (криогенный, мембранный, абсорбционный) требуют значительных энергозатрат и сложного оборудования. Газогидратные технологии предлагают более экологичный и потенциально экономичный способ разделения, но их промышленное применение ограничено необходимостью больших объемов воды. Использование минерализованных вод (пластовых, морских) может снизить затраты, однако их влияние на процесс гидратообразования требует детального изучения.
Объект исследования: газовые гидраты метана и углекислого газа.
Предмет исследования: равновесные условия гидратообразования CH₄ и CO₂ в дистиллированной и минерализованной воде (3 мас.% NaCl).
Гипотеза исследования: использование минерализованных вод для газогидратного разделения газовых смесей возможно без значительного снижения эффективности, что позволит сократить затраты на водоподготовку и повысить экономическую целесообразность технологии.
Основные результаты. Установлено, что “окно” для разделения CO₂ и CH₄ в минерализованной воде (2668 кПа) лишь на 5% меньше, чем в чистой воде (2808 кПа), что подтверждает возможность использования соленых вод. ПО CSMHyd показало высокую точность прогнозирования для CH₄, но требует корректировки для CO₂ из-за его растворимости в воде. Экономический анализ выявил потенциальную экономию до 400 тыс. руб./год за счет отказа от очистки воды при мощности установки 100 тыс. м³/ год. Эксперименты подтвердили, что соли NaCl незначительно смещают равновесные условия, что не критично для промышленного внедрения.
Вывод: газогидратная технология с применением минерализованных вод демонстрирует высокий потенциал для промышленного использования, сочетая экологичность, экономическую эффективность и возможность интеграции в существующие процессы газоподготовки.
Содержание работы
Конкурс, в котором автор работы принял участие:
VII Международный конкурс исследовательских проектов школьников “Древо жизни”, 2024/2025
Отрасль наук
Форма представления работы
Дата публикации работы: 18.05.2025
Добавить комментарий