Ворожцова Юлия Сергеевна — аспирант
sc 57215118092
Санкт-Петербург, 197101
Iuliia S. Vorozhtsova — PhD Student
sc 57215118092
Saint Petersburg, 197101
Носенко Татьяна Николаевна — кандидат технических наук, доцент
sc 57190940294
Санкт-Петербург, 197101
Tatiana N. Nosenko — PhD, Associate Professor
sc 57190940294
Saint Petersburg, 197101
Успенская Майя Валерьевна — доктор технических наук, профессор, директор центра химической инженерии
sc 6602189454
Санкт-Петербург, 197101
Mayya V. Uspenskaya — D.Sc., Professor, Head of Chemical Engineering Сenter
sc 6602189454
Saint Petersburg, 197101
Введение. Исследованы отличия инфракрасных спектров ингибиторов гидратообразования термодинамического и кинетического типов действия. Предложен метод определения типа действия ингибитора гидратообразования по его инфракрасному спектру. Актуальность предложенного метода обусловлена его экспрессностью в сравнении с тестированием ингибиторов в рамках лабораторных испытаний. Метод. В работе предложено использовать метод инфракрасной спектрометрии с преобразованием Фурье. Метод позволяет получить данные о молекулярных и межмолекулярных взаимодействиях исследуемого вещества. Спектры, полученные в режиме нарушенного полного внутреннего отражения, проанализированы методом главных компонент и регрессионным методом проекции на латентные структуры. Эти методы относятся к хемометрическим методам анализа и позволяют выделить ключевые особенности составов ингибиторов, влияющих на механизм их действия. Основные результаты. Выборки инфракрасных спектров исследуемых ингибиторов разделены на две группы, которые представляют различные типы действия ингибиторов. Для кинетических ингибиторов выявлено характерное соотношение во внутреннем стандарте спектра амплитуд колебаний функциональных групп –OH и N–H. Показано, что решающим фактором разделения ингибиторов на группы является различие резонансных частот колебаний, соответствующих валентным колебаниям связей С–О, С–N, и резонансных частот колебаний фторорганических соединений. Отмечена схожесть амплитудных значений сигнала в указанных спектральных областях. Для группы термодинамических ингибиторов наиболее значимыми полосами инфракрасного спектра оказались полосы симметричных и асимметричных валентных колебаний связей C–H в группах CH2 и CH3. Отмечено значительное повышение амплитуды в спектральном диапазоне 2950–2750 см–1 по сравнению с амплитудой сигнала в областях 3300–3400 см–1 и 1200–1100 см–1, также обнаруженных в спектрах данной группы ингибиторов. Методом проекции на латентные структуры построена регрессионная модель для определения типа действия исследуемых ингибиторов. Обсуждение. Предложенный метод позволит проводить экспресс-анализ типа действия ингибиторов гидратообразования. Результаты работы могут найти применение в нефтепромысловой химии для определения типа действия ингибиторов гидратообразования, используемых для предотвращения образования газогидратов при добыче, подготовке или транспортировке углеводородного сырья.
In this paper, differences of infrared spectra of hydrate formation inhibitors of thermodynamic and kinetic action types were investigated. The method was proposed for determining the action type of a hydrate formation inhibitor by its infrared spectrum. The relevance of the proposed method is due to its expressiveness in comparison with the testing of inhibitors in laboratory tests. It is proposed to use the method of Fourier transform infrared spectrometry. The method allows us to obtain data on the molecular and intermolecular interactions of the substance under study. The spectra obtained in the mode of attenuated total refection were analyzed by the principal component analysis and the regression method of projection on latent structures, which are related to chemometric methods of analysis and make it possible to identify the key features of the inhibitor compositions that affect the mechanism of their action. The separation of the sample of infrared spectra of the studied inhibitors into two subgroups, which represent two different types of inhibitor action, was obtained. The principal component analysis makes it possible to identify the key features of the compositions of reagents that affect the mechanism of their action. For kinetic inhibitors, a characteristic ratio of the amplitudes of vibrations of the –OH and N–H functional groups in the internal standard of the spectrum was revealed. It is shown that the decisive factor in the division of inhibitors into groups is the difference between the resonant vibration frequencies corresponding to the valence vibrations of C–O, C–N bonds and the resonant vibration frequencies of organofuorine compounds. At the same time, the similarity in the amplitude of the indicated spectral regions was noted. For the group of thermodynamic inhibitors, the most infuential bands in the IR spectrum were the bands of symmetric and asymmetric stretching vibrations of the C–H bonds in the CH2 and CH3 groups. There was a signifcant increase in the amplitude in the spectral range of 2950–2750 cm–1 compared with the signal amplitude in the regions of 3300–3400 cm–1 and 1200–1100 cm–1, also found in the spectra of this group of inhibitors. The method of projection on latent structures was used to develop a regression model to determine the mechanism of action of the studied inhibitors. The proposed method allows for express determination of the action type of hydrate formation inhibitors. Results could be used in oilfeld chemistry to determine the action type of hydrate formation inhibitors used to prevent the formation of gas hydrates during the production, preparation or transportation of hydrocarbons.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.