بررسی تجربی تأثیر بهبوددهنده‌های سیکلوهگزان و 1و3 دی‌اکسالان بر شرایط ترمودینامیکی تشکیل هیدرات دی‌اکسید کربن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فرآیند، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 عضو هیات علمی - دانشکده مهندسی شیمی - دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

افزایش تقاضای روز افزون انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای، روش‌های مختلف تأمین انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای را مطرح کرده است. هیدرات گازی یکی از روش‌های مورد استفاده برای کاهش گازهای گلخانه‌ای است. در این پژوهش به‌منظور کاهش هزینه‌ها و بهبود شرایط ترمودینامیکی (افزایش دمای تعادلی و کاهش فشار تعادلی) از دو بهبود دهنده‌ی سیکلوهگزان و 1و3 دی‌اکسالان استفاده شد. نتایج نشان داد که استفاده از سیکلوهگزان باعث بهبود شرایط ترمودینامیکی و افزایش 2 درجه کلوین دمای تعادلی شد. همچنین استفاده از 1و3 دی‌اکسالان در غلظت‌های wt% 4/6 و 2/10 دمای تعادلی را به میزان 5/3 و 5 درجه کلوین افزایش داده است. از سوی دیگر در فشارهای پایین (15 تا 20 بار) استفاده هم‌زمان از سیکلوهگزان و 1و3 دی-اکسالان با غلظت‌های wt% 1/4، 4/6 و 2/10 دمای تعادلی را به ترتیب 5/2، 3 و 4 درجه کلوین افزایش داده و در فشارهای بالا (30 تا 35 بار) افزایش دمای تعادلی به ترتیب 1، 5/2 و 3 درجه کلوین بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  J. Gholinezhad, A. Chapoy, B. Tohidi, Separation and capture of carbon dioxide from CO2/H2 syngas mixture using semi-clathrate hydrates, Chem. Eng. Res. Des. 89 (2011) 1747–1751.
 
[2]  S. Hejazi, H. Pahlavanzadeh, M. Manteghian, Experimental study and kinetic modeling on THF hydrate formation under a static electric field, J. Nat. Gas Sci. Eng. 95 (2021) 104162.
 
[3]  L. Fournaison, A. Delahaye, I. Chatti, GENERAL RESEARCH CO 2 Hydrates in Refrigeration Processes, Carbon N. Y. (2004) 6521–6526.
 
[4]  S. Rasi, J. Läntelä, A. Veijanen, J. Rintala, Landfill gas upgrading with countercurrent water wash, Waste Manag. 28 (2008) 1528–1534.
 
[5]  Y.F. Makogon, Natural gas hydrates – A promising source of energy, J. Nat. Gas Sci. Eng. 2 (2010) 49–59.
 
[6]  B.-B. Ge, X.-Y. Li, D.-L. Zhong, Y.-Y. Lu, Investigation of natural gas storage and transportation by gas hydrate formation in the presence of bio-surfactant sulfonated lignin, Energy. 244 (2022) 122665.
 
[7]  H.P. Veluswamy, A. Kumar, Y. Seo, J.D. Lee, P. Linga, A review of solidified natural gas (SNG) technology for gas storage via clathrate hydrates, Appl. Energy. 216 (2018) 262–285. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.02.059.
 
[8]  H. Dashti, L. Zhehao Yew, X. Lou, Recent advances in gas hydrate-based CO2 capture, J. Nat. Gas Sci. Eng. 23 (2015) 195–207.
 
[9]  A. Eslamimanesh, A.H. Mohammadi, D. Richon, P. Naidoo, D. Ramjugernath, Application of gas hydrate formation in separation processes: A review of experimental studies, J. Chem. Thermodyn. 46 (2012) 62–71.
 
[10] Q. Sun, Y.T. Kang, Review on CO2 hydrate formation/dissociation and its cold energy application, Renew. Sustain. Energy Rev. 62 (2016) 478–494.
[11]H. Pahlavanzadeh, M. Khanlarkhani, A.H. Mohammadi, Clathrate hydrate formation in (methane, carbon dioxide or nitrogen + tetrahydropyran or furan + water) system: Thermodynamic and kinetic study, J. Chem. Thermodyn. 92 (2016) 168–174.
 
[12]A.M. Gambelli, A. Di Schino, F. Rossi, Experimental characterization of CH4 and CO2 hydrates formation in presence of porous quartz and Cu gas-atomized particles: Thermodynamic analyses and evidences about the feasibility of CH4/CO2 reverse replacement, Chem. Eng. Res. Des. 186 (2022) 511–524.
 
[13]J. Mok, W. Choi, S. Kim, J. Lee, Y. Seo, Salt-Induced Enhancement of Thermodynamic and Kinetic Co2 Selectivity in Co2 + N2 Hydrate Formation and its Significance for Co2 Sequestration, SSRN Electron. J. (2022).
 
[14]J. Romero, F. Ventura, J. Caixach, J. Rivera, L.X. Godé, J.M. Niñerola, Identification of 1,3-Dioxanes and 1,3-Dioxolanes as Malodorous Compounds at Trace Levels in River Water, Groundwater, and Tap Water, Environ. Sci. Technol. 32 (1998) 206–216.
 
[15]H. TAJIMA, A. YAMASAKI, F. KIYONO, Energy consumption estimation for greenhouse gas separation processes by clathrate hydrate formation, Energy. 29 (2004) 1713–1729.
 
[16]J.K.S. Sayani, M.S. Khan, S.R. Pedapati, B. Lal, Experimental investigation on the phase behaviour for gas hydrates in CO2 rich gas mixtures & multiphase system, Energy Reports. 8 (2022) 14793–14804.
 
[17]L. Jiao, R. Wan, Z. Wang, Experimental investigation of CO2 hydrate formation in silica nanoparticle system under static conditions, J. Cryst. Growth. 583 (2022) 126539.
 
[18]J.-P. Torré, D. Haillot, S. Rigal, R. de Souza Lima, D. C., B. J.-P., 1,3 Dioxolane versus tetrahydrofuran as promoters for CO 2 -hydrate formation: Thermodynamics properties, and kinetics in presence of sodium dodecyl sulfate, Chem. Eng. Sci. 126 (2015) 688–697.
 
[19]G.D. Holder, J.H. Hand, Multiple-phase equilibria in hydrates from methane, ethane, propane and water mixtures, AIChE J. 28 (1982) 440–447.
 
[20]Z.W. Ma, P. Zhang, H.S. Bao, S. Deng, Review of fundamental properties of CO2 hydrates and CO2 capture and separation using hydration method, Renew. Sustain. Energy Rev. 53 (2016) 1273–1302.
 
[21]N.N. Nguyen, A. V. Nguyen, Hydrophobic Effect on Gas Hydrate Formation in the Presence of Additives, Energy & Fuels. 31 (2017) 10311–10323.
 
[22]E.D. Sloan Jr., C.A. Koh, C.A. Koh, Clathrate Hydrates of Natural Gases, CRC Press, 2007.
 
[23]A.G. Aregbe, Gas Hydrate—Properties, Formation and Benefits, Open J. Yangtze Oil Gas. 02 (2017) 27–44.
 
[24]Y.-T. Seo, S.-P. Kang, H. Lee, Experimental determination and thermodynamic modeling of methane and nitrogen hydrates in the presence of THF, propylene oxide, 1,4-dioxane and acetone, Fluid Phase Equilib. 189 (2001) 99–110.
[25]A.H. Mohammadi, D. Richon, Phase equilibria of binary clathrate hydrates of nitrogen+cyclopentane/cyclohexane/methyl cyclohexane and ethane+cyclopentane/cyclohexane/methyl cyclohexane, Chem. Eng. Sci. 66 (2011) 4936–4940.
 
[26]D. Zhong, K. Ding, C. Yang, Y. Bian, J. Ji, Phase Equilibria of Clathrate Hydrates Formed with CH 4 + N 2 + O 2 in the Presence of Cyclopentane or Cyclohexane, J. Chem. Eng. Data. 57 (2012) 3751–3755.
 
[27]E.D. Sloan, Introductory overview: Hydrate knowledge development, Am. Mineral. 89 (2004) 1155–1161.
 
[28]C.B. Bavoh, B. Lal, H. Osei, K.M. Sabil, H. Mukhtar, A review on the role of amino acids in gas hydrate inhibition, CO2 capture and sequestration, and natural gas storage, J. Nat. Gas Sci. Eng. 64 (2019) 52–71.
 
[29]M. Pourranjbar, H. Pahlavanzadeh, A.H. Mohammadi, Experimental Measurements and Thermodynamic Modeling of Hydrate Dissociation Conditions for Methane + TBAB + NaCl, MgCl 2 , or NaCl-MgCl 2 + Water Systems, Ind. Eng. Chem. Res. 58 (2019) 23405–23416
 
[30]H. Hassan, H. Pahlavanzadeh, Thermodynamic modeling and experimental measurement of semi-clathrate hydrate phase equilibria for CH4 in the presence of cyclohexane (CH) and tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB) mixture, J. Nat. Gas Sci. Eng. 75 (2020) 103128.
 
[31]S. Mohammadi, H. Pahlavanzadeh, A.H. Mohammadi, H. Hassan, S. Nouri, Hydrate Stability Conditions of CO 2 + TBPB + Cyclopentane + Water System: Experimental Measurements and Thermodynamic Modeling, J. Chem. Eng. Data. 65 (2020) 4092–4099.
 
[32]C.A. Koh, J. E. Dendy Sloan, Clathrate Hydrates of Natural Gases 3rd Edition, CRC Press, 2007.
 
[33]M.. Mooijer-van den Heuvel, R. Witteman, C.. Peters, Phase behaviour of gas hydrates of carbon dioxide in the presence of tetrahydropyran, cyclobutanone, cyclohexane and methylcyclohexane, Fluid Phase Equilib. 182 (2001) 97–110.