مهندسی گاز ایران

تسریع فرایند هسته‌زایی به کمک نانومواد متخلخل در ذخیره‌سازی گاز

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسنده

عضو هیئت علمی پژوهشگاه صنعت نفت، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

چکیده

فرایند هسته‌زایی در ذخیره‌سازی گاز طبیعی به‌صورت جامد از مراحل کلیدی در حجم ذخیره‌سازی و پایداری گاز ذخیره شده تحت شرایط محیطی می‌باشد که می‌توان با کنترل این مرحله، شرایط ذخیره‌سازی گاز را بهبود داد. در این تحقیق سعی شده است از نانوساختارهای متخلخل استفاده شود تا ضمن بهره‌مندی از خواص حرارتی نانوذرات در پایداری گاز جامد شده بتوان از تخلخل در ابعاد نانویی حجم ذخیره‌سازی را افزایش داد. از این رو استفاده از گرافن نانومتخلخل خالص و عاملدار شده در قالب نانوسیال پایدار ارزیابی شدند و نتایج حاصل از آن با یکدیگر مقایسه گردیدند. فرایند جامدسازی گاز با غلظت ۱٪ وزنی در فشار ۱۰۰۰psig و دمای ۴ درجه سانتی‌گراد انجام شد. نتایج به‌دست‌آمده با یک نمونه شاهد حاوی آب/سورفکتنت و یک نمونه شاهد آب خالص مقایسه و مشاهده شد که فرایند عاملدار کردن با حذف سورفکتنت از محیط در نهایت عملکرد بهتری را از خود به‌جای می‌گذارد. همچنین مشاهده شد علی‌رغم اینکه گاز جامد شده در حضور گرافن نانومتخلخل پایداری کمتری از نمونه شاهد دارد اما بعد از رسیدن به شرایط پدیده خودنگهداری، میزان گاز ذخیره شده در ساختار گرافن نانومتخلخل از مقدار مربوط به نمونه شاهد بیشتر است. گرافن به‌تنهایی فرایند انحلال را ۶۷/۲٪ و زمان فرایند القا را تا ۷۱٪ کاهش و مقدار ذخیره‌سازی را ۶۷ درصد افزایش داده است. همچنین ملاحظه می‌شود که گرافن نانومتخلخل در ذخیره‌سازی گاز همان نقش سورفکتنت را ایفا می‌کند با این تفاوت که پایداری را افزایش می‌دهد. این در حالی است که سورفکتنت باعث کاهش این پایداری و افزایش نرخ تجزیه گاز می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Accelerating the Nucleation Process Nonporous Materials in Gas Storage

نویسنده [English]

  • Ahmad Ghozatloo

Faculty member of Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran

چکیده [English]

The nucleation process in solid natural gas storage is one of the key steps in the storage capacity and stability under environmental conditions. The gas storage conditions can be improved by controlling this stage. In this research, we tried to use nonporous materials In order to obtain the thermal properties of nanoparticles in the stability of solid gas and use of its porosity in nanoscale dimensions to increase the storage capacity. Therefore, the use of pure and functional nanoparticle graphene into nanofluid was evaluated and the results were compared with each other. The gas solidification process was carried out at a concentration of 1% wt. of graphene at 1000 psig and 4 °C.
The results were compared with a control sample containing water/surfactant and a pure water sample, and it was observed that the functionalizing process by removing surfactant would ultimately lead to better performance. Graphene itself reduced the process of dissolution by 67.2% and induction time to 71% and increased the storage value by 67%.
It is also seen that the graphene nanoparticulate plays the same role in storing gas as surfactant, with the difference that it increases stability. This is while surfactant decreases this stability and increases the rate of gas dissolution.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nucleation
  • Graphene
  • Nanoparticles
  • Storage
  • Gas
  1. John Carroll, Natural gas hydrates: a guide for engineers, Second Edition, ISBN-10: 0750684909, Gulf Professional, USA, 2009.
  2. Miata K., T. Okui, H. Hirayama, M. Ihara, A challenge to high-rate industrial production of methane hydrate, 4th international Conference on Gas Hydrates, Yokohama, (2002).
  3. K. Bando, T. Okui, M. Ihara, H. Nagayasu, T. Kimura, Concept of Gas Hydrate Chain for Natural Gas Transportation and Development of Gas Hydrate Production System, Proceedings of 12th Oil, Gas and Petrochemicals, Tehran, (2003)
  4. Han X., Wang S., Chen X., Liu F., Surfactant Accelerates Gas Hydrate Formation, Fourt International Conference on Natural Gas Hydrates, Yokohama, (2002)
  5. Sun Z., Wang R., Ma R., Guo K., Fan S., Natural gas storage in hydrate with the presence of promoters, Energy Conversion and Management, 44, (2003), pp. 2733-2742.
  6. Link D.D., Ladner E.P., Elsen H.A., Taylor Ch.E., Formation and dissociation studies for optimizing the uptake of methane by methane hydrates, Fluid Phase Equilibria, 211, (2003), pp. 1–10.
  7. Li J., Liang D., Guo k., Wang R., Fan S., Formation and dissociation of HFC134a gas hydrate in nano-copper suspension, Energy Conversion Management, 47, (2006), pp. 201-210.
  8. Pourmand S., Abdouss M., Rashidi A., Fabrication of nanoporous graphene by chemical vapor deposition (CVD) and its application in oil spill removal as a recyclable nanosorbent, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, in Press, Corrected Proof, (2014).
  9. Park S., Lee S., Kim N., Effect of multi-walled carbon nanotubes on methane hydrate formation, Industrial and Engineering Chemistry, 16, (2010), pp. 551-555.
  10. Fu M., Jiao Q., Zhao Y., Lia H., Vapor diffusion synthesis of CoFe2O4 hollow sphere/graphene composites as absorbing materials, J. Mater. Chem. A, 2, (2014), PP. 735-744.
  11. Shaw Y.T, Kee S.L, Siti K.K, Wan Ramli W.D., Graphene production via electrochemical reduction of graphene oxide: Synthesis and characterization, Chemical Engineering Journal, 251, (2014), pp. 422–434.
  12. S.H. Huh, in: S. Mikhailov (Ed.), Physics and Applications of Graphene Experiments, Ivana Lorkovic, India, 2011, pp. 74–79.
  13. Yuan W., Li B., Li L., A green synthetic approach to graphene nanosheets for hydrogen adsorption, Appl. Surf. Sci., 257, (2011), pp. 10183–10187.
مهندسی گاز ایران
دوره 7، شماره 2 - شماره پیاپی 12
اسفند 1399
صفحه 73-81
  • تاریخ دریافت: 05 اردیبهشت 1401
  • تاریخ پذیرش: 05 اردیبهشت 1401