Étudier les effets surfactants sur la cristallisation des hydrates à l’aide d’un dispositif Peltier modulaire intégré à faible coût

Résumé

Nous présentons un protocole pour étudier la formation d’hydrates en présence de surfactants nonioniques sur l’interface d’une gouttelette d’eau immergée dans le cyclopentane. Le protocole consiste à construire un régulateur de température à faible coût, programmable. Le système de contrôle de la température est combiné avec des techniques de visualisation et des mesures de pression interne.

Résumé

Nous introduisons une approche pour étudier la formation et la croissance des hydrates sous l’influence de surfactants non ioniques. Le système expérimental comprend un régulateur de température, des techniques de visualisation et des mesures de pression interne. Le système de contrôle de la température contient un régulateur de température programmable à faible coût fabriqué avec des composants Peltier à état solide. En plus du système de contrôle de la température, nous avons incorporé des techniques de visualisation et des mesures de pression interne pour étudier la formation et l’inhibition des hydrates en présence de surfactants non ioniques. Nous avons étudié la capacité d’inhibition des hydrates des surfactants non ioniques (monolaurate de sorbitane, monooleate de sorbitane, PEG-PPG-PEG, et polyoxyethylènesorbitan tristearate) à faible (c.-à-d. 0.1 CMC), moyennes (c.-à-d., CMC), et hautes (c.-à-d., 10 CMC) concentrations. Deux types de cristaux ont été formés : planaire et conique. Les cristaux planaires ont été formés dans l’eau plate et de faibles concentrations de surfactants. Des cristaux coniques ont été formés en concentrations de surfactants élevés. Les résultats de l’étude montrent que les cristaux coniques sont les plus efficaces en termes d’inhibition des hydrates. Parce que les cristaux coniques ne peuvent pas dépasser une certaine taille, le taux de croissance de l’hydrate en tant que cristal conique est plus lent que le taux de croissance de l’hydrate en tant que cristal planaire. Par conséquent, les surfactants qui forcent les hydrates à former des cristaux coniques sont les plus efficaces. L’objectif du protocole est de fournir une description détaillée d’un système expérimental capable d’étudier le processus de cristallisation de l’hydrate de cyclopentane à la surface d’une gouttelette d’eau en présence de molécules surfactantes.

Introduction

L’incitation à comprendre le mécanisme de cristallisation et d’inhibition des hydrates vient du fait que les hydrates se produisent naturellement dans les oléoducs et peuvent entraîner des difficultés d’assurance des débits. Par exemple, le déversement de pétrole¹ du golfe du Mexique en 2010 était le résultat d’une accumulation d’hydrates dans un système de tuyauterie d’huile sous-marine, ce qui a contaminé l’environnement. Par conséquent, il est crucial de comprendre la formation et l’inhibition des hydrates afin de prévenir de futures catastrophes environnementales. Une grande partie de la force motrice pour l’étude de la cristallisation des ....

Protocole

1. Hydrater la formation sur la gouttelette d’eau en cyclopentane

REMARQUE : La procédure expérimentale décrite ci-dessous est pour l’étude de la formation d’hydrate sur une gouttelette d’eau dans le cyclopentane utilisant la cellule de visualisation d’IMPd et d’hydrate décrite dans l’introduction.

1. Attachez une aiguille de 19 G à la seringue en verre de 1 ml(figure 2b, C).
2. Rincer la seringue en verre de 1 ml et 19 G d’aiguille 3x avec de l’eau DI.
3. Remplir la seringue d’eau DI.
4. Remplissez la cellule de visualisation d’hydrate(figure 2<....

Résultats

À l’aide de ce système expérimental, on peut examiner la formation d’hydrates à l’interface huile-eau et mesurer le stress interfacial associé au processus de cristallisation. La figure 6 montre un ensemble représentatif de résultats qui comprennent à la fois la formation de cristaux et le stress interfacial. Dans la croissance de la coquille planaire(figure 6a), le cristal a grandi des deux pôles vers l’équateur. Pour cette raison, dans le cris.......

Discussion

Dans cet article, nous décrivons une technique expérimentale pour étudier la cristallisation des hydrates à l’interface huile-eau en présence de surfactants non ioniques. L’appareil est composé d’un système de contrôle de la température et d’une cellule de visualisation qui comprend une chambre en laiton avec fenêtres, caméra CMOS, et transducteur de pression. Le système de contrôle de la température est composé d’un microcontrôleur, d’une puissante plaque Peltier, d’un refroidisseur CPU de 120 mm comme le radiateur et d.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
1/16 po Raccord en T en acier inoxydable Swagelok 316	Swagelok
	Scientific Commodities, Inc.
Aiguille de calibre 19 (modèle : 1001 LTSN SYR)
Capteur de température numérique à 1 fil DS18B20 - étanche
Microcontrôleur
	RainX
Tube en laiton 1/16 po.	K& S Precision Metals
Chemyx Fusion 100 Pompe à perfusion	Chemyx
cMOS caméra acA640-750um	Basler
Cyclopentane 98 % extra pur	ACROS organics	AC111481000
Lampe à col de cygne à fibre optique 150W	AmScope
Fotodiox macro rallonges, 35 mm
Seringue en verre Hamilton 1 mL
ImageJ
TEC1-12715	Amazon
Pluronic L31 (PEG-PPG-PEG)	Sigma Aldrich	9003-11-6
Pylon Viewer v5.0.0.6150	Basler
Span 20 (Sorbitan laurate, Sorbitan monolaurate)	Sigma Aldrich	1338-39-2
Span 80 (Sorbitan Monooteate)	Sigma Aldrich	1338-43-8
Thermaltake NiC C4 120mm CPU refroidisseur	Thermaltake
Tween 65 (Polyoxyéthylènesorbitan Tristéarate)	Sigma Aldrich	9005-71-4
variable Tooluxe Alimentation

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