مهندسی گاز ایران

جداسازی نوین متان از گاز طبیعی با نانو لوله‌های کربنی چند جداره در فرایند هیدرات

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی پژوهشگاه صنعت نفت، ضلع غربی استادیوم آزادی، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

2 استاد دانشکده فنی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 آزمایشگاه پدیده‌های انتقال و فناوری نانو، دانشکده مهندسی شیمی، پردیس دانشکده‌های فنی دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق نانولوله‌های کربنی ‌چند جداره (MWNT) به روش رسوب‌دهی بخار شیمیائی  CVD توسط فرایند کاتالیستی در دمای °C ۷۰۰ سنتز شده و توسط آنالیز XRD ساختار کریستالی و تصویر SEM ساختار فیزیکی آن تائید شد. سپس با اضافه کردن ٪۱ وزنی از نانولوله‌های کربنی چند جداره در آب مقطر نانو سیال مربوطه تهیه و به‌منظور حصول پایداری‌ کامل نانولوله‏‌ها ۱/۵ گرم سورفکتنت SDS  به آن اضافه گردید. نانو سیال تهیه‌شده در فرایند تشکیل هیدرات گازی‌ استفاده شد. 
پس از تشکیل هیدرات، با افزایش تدریجی‌ دمای‌ راکتور، هیدرات به‌آرامی ناپایدار شده و گاز از آن متصاعد شد. با تجزیه ٪۹۵ از هیدرات تشکیل‌شده از گاز آزادشده نمونه‌گیری و با آنالیز GC ترکیبات آن مشخص شد و درصد ترکیبات نسبت به گاز اولیه و همچنین عدم حضور MWNT مقایسه شد. به‌طورکلی فرایند هیدرات گازی‌ موجب غنی‌ شدن گاز از متان شده و هیدرات ناخالصی‌ و ترکیبات غیر کربنی‌ نامطلوب گاز طبیعی‌ را درون خود نگه می‌‏دارد. نتایج به‌دست‌آمده حاکی‌ از افزایش ۲/۹۷ درصدی‌ متان نسبت به گاز اولیه و همچنین حذف ترکیبات خورنده همچون دی‌اکسید کربن و کاهش میزان ترکیبات نامرغوب مانند نیتروژن و اکسیژن است. همچنین نیاز به استفاده از فرایندهای‌ تصفیه و خالص‌سازی نبوده و هنگام ذخیره‎‌سازی‌، گاز به شکل هیدرات و به‌‎طور موازی‌ و بدون صرف هزینه اضافی‌، خالص‏سازی صورت می‌‏گیرد. به‌‏علاوه مشاهده شد که MWNT انحلال اولیه گاز در آب را تا ۲/۷ برابر افزایش و حجم ذخیره‏‌سازی‌ گاز در هیدرات را نیز ٪۱۲/۵ بهبود داده است و موجب پایداری سریع‏تر هیدرات به مدت 1 ساعت شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Separation of Methane from Natural Gas by New Method of MWNT in Hydrates Process

نویسندگان [English]

  • Ahmad Ghozatloo 1
  • Mojtaba Shariaty Niassar 2
  • Mohsen Hosseini 3

1 Faculty member of Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), West Blvd. Azadi Sport Complex, Tehran, Iran

2 Professor at College of Engineering, College of Chemical Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

3 Transport phenomena & Nanotechnology Laboratory (TPNT), Department of Chemical Engineering, University of Tehran, P.O. Box: 11155-4563, Tehran, Iran

چکیده [English]

In this study, multi-walled carbon nanotube (MWNT) was synthesized by catalytic process of chemical vapor deposition (CVD) at 700°C. The crystal and physical structure of synthesized MWNT was confirmed by XRD analysis and SEM image respectively. The nanofluid was prepared by adding 1wt% of MWNT in distilled water. Then 1.5 g surfactant of SDS was added to the solution in order to complete stability of MWNT in water. Prepared Nanofluid was used in process of gas hydrate formation. After the formation of hydrate, with increasing temperature of reactor, hydrates become unstable slowly and its it gas was released.
The analysis of 95% released gas from hydrate was done by GC analysis and the compositions were compared with feed gas. Generally, the process of hydrate caused enrichment of methane in natural gas and hydrate holds impurities and undesirable non-carbon compounds into itself. The results showed an increase of 2.97% of methane in released gas than the feed, removal of corrosive compounds such as carbon dioxide and reduction of undesirable compounds such as nitrogen and oxygen from the feed.
In process of gas hydrate, purification was not need and during of gas storage by hydrate method without spend any additional costs and time purification Gas purification is doing parallel
In addition, it was found that MWNT increased solubility of gas in water by 2.7 times in addition; the volume of gas hydrate storage improved by 12.5% and stabilized the hydrate for 1 hour swift.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrate
  • Multi Walled Carbon Nanotubes
  • Stability
  • Enrichment
  • Storage
  1. Sun, Z., Wang R., Ma, R., Guo, K., Fan, S., Natural gas storage in hydrate with the presence of promoters, Energy Conv. Manag., 44, (2003), pp.2733–2742.
  2. John Carroll, Natural Gas Hydrates, Second Edition: A Guide for Engineers, 2nd Edition, ISBN-10: 0750684909, Gulf Professional, USA, (2009).
  3. Zahra Taheri, Mohammad Reza Shabani, Khodadad Nazari, Ali Mehdizaheh, Natural gas transportation and storage by hydrate technology: Iran case study, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 21, (2014), 846-849.
  4. Sun Z., R. Wang, R. Ma, K. Guo, S. Fan, Natural gas storage in hydrate with the presence of promoters, Energy Conversion and Management, 44, (2003), pp. 2733-2742.
  5. Y. Guo, S. Fan, K. Guo, Y. Chen, Storage capacity of methane in hydrate using calcium hypochlorite as additive, 4th international Conference on Gas Hydrates, Yokohama, (2002).
  6. Z.G. Sun, R. Ma, R. Wang, K. Guo, S. Fan, Experimental studying of additives effects on gas storage in hydrate, Energy Flues, 17, (2003), pp. 1180-1185.
  7. Ganji H., M. Manteghian, H. Rahimi mofrad, Effect of mixed compounds on methane hydrate formation and dissociation rates and storage capacity, Fuel Processing Technology, 88, (2007), pp. 891-895.
  8. W. Lin, G.J. Chen, C.Y. Sun, X.Q. Guo, Z.K. Wu, M.Y. Liang, Effect of surfactants on the formation and dissociation behavior of methane hydrate, Chemical Engineering Science, 59, (2004), pp. 4449-4455.
  9. H. Ganji, M. Manteghian, K. Sadaghiani, M.R. Omidkhah, H. Rahimi mofrad, Effect of different surfactants on methane hydrate formation rate, stability and storage capacity, Fuel, 86, (2007), pp. 434-441.
  10. N. Ganandran, R. Amin, The effect of hydrotropes on Gas Hydrates Formation, Journal of Petroleum Science Engineering, 40, (2003), pp. 37-46.
  11. Li J., Liang D., Guo k., Wang R., Fan s. (2006), Formation and dissociation of HFC134a gas hydrate in nano-copper suspension, Energy Conversion Management, 47, pp. 201-210.
  12. Park S., Lee S., Kim N. (2010), Effect of multi-walled carbon nanotubes on methane hydrate formation, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 16, pp. 551-555.
  13. Kim N., Park S., Kim H.T., Chun W. (2011), A comparative study on the enhanced formation of methane hydrate using CM-95 and CM-100, International Communications in Heat and Mass Transfer, 38, pp. 31-36.
  14. Park S., An E., Lee S., Chun W., Kim N. (2013), Characteristics of methane hydrate formation in carbon nanofluids, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 18, pp. 443-448.
  15. Chari V.D., Sharma D.V.S.G.K., Prasad P.S.R, Murthy S.R (2013), Methane Hydrates formation and dissociation in nano silica suspension, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 11, pp. 7-11.
  16. Arjang S., Manteghian M., Mohammadi A. (2013), Effect of synthesized silver nanoparticles in promoting methane hydrate formation at 4.7 MPa and 5.7 MPa, Chemical Engineering Research and Design, 91, issue 6, pp. 1050-1054.
  17. Banks C. E., Compton, R. G., New Electrode for Old from Carbon Nanotubes to Edge Plan Phyrolytic Graphite, Analyst, 131, (2006), pp.15-21.
  18. Iijima, S., Helical microtubules of graphitic carbon, Nature, 354, (1991), pp.56-58.
  19. Dai, H Carbon nanotubes: Synthesis, integration, and properties, Accounts of Chemical Research, 35, (2002), pp.1035-1044.
  20. Ajayan, P. M., Nanotubes from carbon, Chemical Review, 99, (1999), pp.1787-1799.
  21. Rivas, G. A.; Rubianes, M. D.; Pedano, M. L.; Ferreyra, N. F.; Luque, G. L.; Rodríguez, M. C.; Miscoria, S. A., Carbon Nanotubes Paste Electrodes. A New Alternative for the Development of Electrochemical Sensors, Electroanalysis, Vol.19, (2007), pp.823-831.
  22. Sgobba, V., Guldi, D. M., Carbon nanotubes—electronic/electrochemical properties and application for nanoelectronics and photonics, Chemical Society Review, 38, (2009), pp.165–184.
  23. Ahmad Ghozatloo, Ali Morad Rashidi, Mojtaba Shariaty-Niasar, Effects of surface modification on the dispersion and thermal conductivity of CNT/water nanofluids, International Communications in Heat and Mass Transfer 54, (2014), pp.1–7.
  24. Hong-Bin Zhang, Guo-Dong Lin, Zhen-Hua Zhou, Xin Dong, Tong Chen, Hong-Bin Zhang*, Guo-Dong Lin, Zhen-Hua Zhou, Xin Dong, Tong Chen, Carbon, 40, (2002), pp. 2429–2436.
    [25] Okutani,K., Y. Kuwabara, Y., Mori,Y.H., Surfactant effects on hydrate formation in an unstirred gas/liquid system: An experimental study using methane and sodium alkyl sulfates, Chem. Eng. Sci, 63, (2008),  pp. 183–194.
مهندسی گاز ایران
دوره 2، شماره 1 - شماره پیاپی 3
اسفند 1394
صفحه 37-45
  • تاریخ دریافت: 03 اردیبهشت 1401
  • تاریخ پذیرش: 03 اردیبهشت 1401