Investigations into the effects of xylomannan-based sugar compounds on methane hydrate kinetics

• Main Author: Ivall, Jason
• Other Authors: Phillip Servio (Internal/Supervisor)
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: McGill University 2013
• Subjects: Engineering - Chemical; Molaire; Methane hydrate
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=114323

Over the past two decades, the focus of industrial research into hydrate inhibition has shifted from hydrate prevention to hydrate management, with emphasis on the development of environmentally-friendly, low-dosage kinetic inhibitors. The purpose of this work was to measure the effects of four naturally occurring polysaccharides on structure I methane gas hydrate nucleation and growth kinetics and to assess their application to industrial-type systems. These compounds were selected based on the xylomannan sugar found in the Alaskan beetle Upis Ceramboides that afforded 3.7°C of thermal hysteresis (Walters et al., 2009). Experiments conducted at 275.15K and pressures of 4645 and 5645 kPa with concentrations of 0.07 and 0.7 wt% of chemical revealed that these polysaccharides exhibit very weak inhibiting effects on hydrate nucleation and growth, with solubility appearing to be a major factor in performance. Furthermore, their precise mode of action, initially assumed to be kinetic, was brought into question by the similar performances of a thermodynamic inhibitor on hydrate kinetics, as well as the lack of certain key features in their mole consumption profiles when compared to an effective kinetic inhibitor. These results reaffirm that the application of natural polysaccharides to hydrate inhibition in their unmodified chemical states is limited, and the focus of future developments should be on solubilization and functionalization. Le domaine de la recherche industrielle sur les hydrates de gaz a connu un changement au cours des deux dernières décennies : alors qu'auparavant l'intérêt était plus centré sur leur prévention, aujourd'hui on se concentre davantage sur leur gestion. L'emphase est mise sur le développement des inhibiteurs dits écologiques, qui seront utilisables à de faibles doses. L'objectif du travail présent était de mesurer les effets de quatre polysaccarides naturels sur la cinétique de nucléation et de croissance des hydrates de méthane de structure type I, et d'évaluer leur application à des systèmes à grande échelle, de type industriel. Ces composés ont été sélectionnés sur la base du sucre xylomannan trouvé dans le scarabée d'Alaska (Upis Ceramboides) ayant 3.7oC d'hystérésis thermique. Des expériences ont été réalisées à une température de 275.15oK et des pressions de 4645 et 5645 kPa, avec des concentrations de 0.07 et 0.7 %m des composés. Les résultats ont révélé que ces polysaccarides présentent des effets inhibiteurs très faibles sur la nucléation et la croissance des hydrates, la solubilité semblant être un facteur majeur dans la performance. En outre, leur mode d'action précis, que l'on avait assumé être cinétique au début, a été remis en question par les performances similaires d'un inhibiteur thermodynamique sur la cinétique des hydrates, ainsi que par l'absence de certains éléments clés dans leurs profils de consommation molaire par rapport à un inhibiteur cinétique efficace. Ces résultats confirment que l'application des polysaccarides naturels à l'inhibition d'hydrates dans leurs états non modifiés est limitée, et l'accent des développements futurs devrait être mis sur la solubilisation et la fonctionnalisation.