부식을 감소시키는 그래핀 적층된 파이프 Graphene laminated pipes could reduce corrosion in the oil and gas industry

Graphene laminated pipes could reduce corrosion in the oil and gas industry

(Nanowerk News) Researchers at The University of Manchester and TWI have discovered ways of using graphene to prolong the lifetime of pipes used in the oil and gas industry.

Published in Advanced Materials Interfaces ("Graphene/Polyamide Laminates for Supercritical CO2 and H2S Barrier Applications: An Approach toward Permeation Shutdown "), the team have found a way of incorporating graphene into a polymer liner used in pipes that transport crude oil and gas from the sea floor.

 Using graphene to prolong the lifetime of pipes used in the oil and 

gas industry. (Image: University of Manchester)

부식을 감소시키는 그래핀 적층된 파이프   영국 맨체스터 대, TWI 연구진 파이프 수명 연장위해 그래핀 사용   영국 맨체스터 대학(The University of Manchester)과 TWI의 연구진은 석유 및 가스 산업에서 사용되는 파이프의 수명을 연장시키기 위해 그래핀을 활용하는 새로운 방법을 발견했다. 이 방법은 원유 및 가스를 수송하는 파이프 재료인 폴리머 라이너(polymer liner) 속에 그래핀을 결합시키는 것이다. 파이프는 일반적으로 폴리머나 복합물로 구성된 내부 층과 강철로 된 외부 층으로 구성된다. 유체는 이러한 파이프에서 초고압과 고온 하에서 존재한다. 이산화탄소, 황화수소, 물 등이 파이프의 보호 장벽층을 침투하면 강재의 부식으로 파이프는 점점 강도를 잃게 되어서 치명적인 사고가 발생한다. 그래핀은 세계 최초의 2차원 재료이고, 유연하고, 투명하고, 구리보다 더 큰 전도성을 가지고 있으며, 헬륨 등의 가스 침투를 차단하는 것으로 알려져 있다. 그래핀을 플라스틱과 기계적으로 혼합하거나 그래핀 단일층을 적용하면 가스들(이산화탄소, 수소)이 통과할 수 있었다. 그러나 라이너로 주로 사용되는 플라스틱인 폴리아미드 11(PA11)에 아주 얇은 그래핀 나노플레이트(nanoplatelet) 층을 적층함으로써 우수한 차단 능력을 가진 구조를 만들 수 있었다. 적층 구조는 60 °C 및 대기압의 400 배까지의 압력에서 견딜 수 있었고, PA11으로만 사용했을 때에 비해서 CO2 침투를 90% 이상 감소시키며, H2 침투를 매우 우수하게 차단할 수 있었다. 석유 및 가스 산업에서 미국에서만 부식으로 14억 달러의 비용이 들고 있다. 이 기술은 이런 비용을 감소시키는데 큰 역할을 할 수 있고, 수중 배관의 수명을 연장시키고 수리 기간을 단축시킬 수 있을 것이다. 이와 같은 그래핀 멤브레인은 식품 포장, 물 여과, 가스 분리와 같은 수많은 산업 공정에 새로운 혁명을 불러일으킬 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있다. 이 연구결과는 저널 Advanced Materials Interfaces에 “Graphene/Polyamide Laminates for Supercritical CO2 and H2S Barrier Applications: An Approach toward Permeation Shutdown” 라는 제목으로 게재되었다(https://doi.org/10.1002/admi.201800304). ndsl

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The pipes are generally made of internal layers of polymer or composite and external strengthening steel. Within these pipes, fluids may be at very high pressure and elevated temperature.

In situations where carbon dioxide (CO2), hydrogen sulfide (H2S) and water permeate through the protective barrier layer of the pipe, the steel may corrode causing the pipe to lose strength over time, leading to a risk of catastrophic failure.

The researchers found that if the graphene was mechanically mixed with the plastic, or if a single layer of graphene were applied, gases were still able to pass through.

Pipe Corrosion | American Water College

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However, by laminating a thin layer of graphene nanoplatelets to polyamide 11 (PA11) - a plastic often used in these liners - the team were able to produce structures that behave as exceptionally good barriers.

The multi-layered laminate structures were tested at 60°C and at pressures up to 400 times atmospheric pressure, and were shown to reduce CO2 permeation by over 90% compared to PA11 alone, while permeation of H2S can be reduced to undetectable levels.

Graphene is the world’s first two-dimensional material, flexible, transparent, more conductive than copper, and is known to block the passage of helium, the hardest gas to block.

Corrosion costs the oil and gas industry in the US alone $1.4 billion. This technology has the potential to extend the life of the underwater pipework and therefore reduce the time between repairs.

Professor Peter Budd, who led the Manchester team, said: “Graphene has many amazing properties, but it is not always easy to realise them on a large scale. Our work represents an important step in taking graphene out of the laboratory and into the real world.”

Dr Paul Woollin, Director of Research, TWI, said: “This research is an example of how TWI can work effectively with world leading universities through its Innovation Network, and draw on our cutting edge testing capability and in house experts, to identify unique and novel solutions to industry’s most challenging problems.

Graphene membranes such as these have the potential to open up vast new markets and revolutionise countless industrial processes, such as food packaging, water filtration and gas separation.

Source: University of Manchester

https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=50930.php

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