Abstract
This study investigated the kinetic inhibition effects of amino acids and ionic liquids, as well as the potential synergism of their mixtures on CH₄ hydrate. The sigma (σ) profiles of inhibitor molecules obtained from the Conductor-Like Screening Model for Real Solvents (COSMO-RS) software were used to pre-screen potential inhibitors, resulting in the selection of glycine (amino acid) and [BMIM][BF4] (ionic liquid) as candidates for kinetic hydrate inhibitors (KHIs).
A non-stirred high-pressure micro-differential scanning calorimeter (HP μ-DSC) revealed that the glycine (0.5 wt%) and [BMIM][BF4] (0.5 wt%) mixture showed a synergism for CH4 hydrate as a KHI. This synergistic kinetic inhibition was double-checked using a stirred high-pressure autoclave, with the onset temperature of the glycine (0.5 wt%) and [BMIM][BF4] (0.5 wt%) mixture being lower than that of poly(N-vinylcaprolactam) (PVCap; 1.0 wt%).
Time-dependent Raman spectra demonstrated that the cage-specific inhibition of glycine and [BMIM][BF4] caused kinetic inhibition synergism and the consequent slow growth rate of CH4 hydrate. This synergistic kinetic inhibition of amino acids and ionic liquids will be beneficial in understanding the accurate roles of inhibitors in inhibitor–water interactions and in opening up a new field related to the synergism of eco-friendly inhibitors for flow assurance in oil and gas pipelines.
Redirectingdoi.org본 연구는 아미노산과 이온성 액체의 동적 억제 효과 및 그 혼합물의 시너지 가능성이 메탄(CH₄) 하이드레이트에 미치는 영향을 조사하였습니다. Conductor-Like Screening Model for Real Solvents(COSMO-RS) 소프트웨어로 산출한 억제제 분자의 σ-프로파일을 사전 선별에 활용하여, 아미노산인 글라이신과 이온성 액체인 [BMIM][BF₄]를 동적 하이드레이트 억제제(KHI) 후보로 선정하였습니다.
비교반식 고압 마이크로 시차주사열량계(HP μ-DSC) 분석 결과, 글라이신(0.5 wt%)과 [BMIM][BF₄](0.5 wt%) 혼합물은 KHI로서 CH₄ 하이드레이트에 대해 시너지 효과를 보였습니다. 이 시너지적 동적 억제는 교반식 고압 오토클레이브 실험으로 재검증되었으며, 글라이신(0.5 wt%)+[BMIM][BF₄](0.5 wt%) 혼합물의 생성 개시 온도는 폴리(N-비닐카프로락탐)(PVCap; 1.0 wt%)보다 낮게 나타났습니다.
시간 의존 라만 스펙트럼은 글라이신과 [BMIM][BF₄]의 케이지 특이적 억제가 동적 억제 시너지를 유발하여 CH₄ 하이드레이트의 성장 속도를 저하시킴을 보여주었습니다. 이러한 아미노산–이온성 액체의 시너지적 동적 억제는 억제제와 물의 상호작용에서 각 억제제의 역할을 보다 정확히 이해하는 데 기여하며, 석유·가스 파이프라인의 유동 보장을 위한 환경친화적 억제제 시너지 연구의 새로운 영역을 여는 데 도움이 될 것입니다.