Reduction Clathrate Hydrates Growth Rates and Adhesion Forces on Surfaces of Inorganic or Polymer Coatings

涂层 化学工程 水合物 粘附 笼状水合物 材料科学 图层(电子) 基质(水族馆) 复合材料 矿物学 化学 有机化学 地质学 海洋学 工程类
作者
Shuanshi Fan,Hao Zhang,Guang Yang,Yanhong Wang,Gang Li,Xuemei Lang
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:34 (11): 13566-13579 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.0c01904
摘要

Hydrate plugging is one of the major risks for oil and gas transportation in pipelines. To mitigate the adhesion between hydrate particles and pipeline walls, hexagonal boron nitride (HBN), polydimethylsiloxane (PDMS), and fluoro-coating (F-coating) were added with hydrophobic fuming SiO2 as coating materials, which were coated on four different substrates (X70 steel, X80 steel, zirconia plate (ZrO2), and tinplate). The adhesion force between tetrahydrofuran (THF) hydrate particles and coated substrates was measured by a micromechanical force apparatus (MMF). For the X70 substrate with F-coating, the adhesion force was reduced by 80.3% when the mass fraction of SiO2 was increased from 1 wt % (0.0152 N/m) to 4 wt % (0.0030 N/m). SiO2 exhibits hydrate-phobic properties. The adhesion forces were 0.0105, 0.0027, and 0.0043 N/m for X80 (bare), X80+HBN, and X80+PDMS. PDMS+SiO2(1–4 wt %) coating was found able to slow the growth rate of hydrate. In a high-pressure reactor, methane hydrate growth on PDMS+SiO2(4 wt %) coating on the tinplate substrate was studied. No growth of methane hydrate on the coated layer was observed, while there was full coverage on the noncoated layer. The presence of coating was found effective for hindering the growth and attachment of both THF and methane hydrates. Surface morphology was believed to be one of the main factors affecting the adhesion and growth characteristics of hydrate particles. Hydrate-phobic coating has been put forward in this work that refers to a functional coating that prevents hydrates.

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