تأثیر مورفولوژی گرافن بر غنی‌سازی هیدرات گاز طبیعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

چکیده

در این تحقیق، روش نوین فرایند غنی‌سازی گاز طبیعی موازی با فرایند تشکیل هیدرات گازی معرفی شده و تاثیر نانوساختارهای گرافنی شامل نانوصفحات گرافنی، گرافن نانومتخلخل و گرافن هامرز بر این فرایند بررسی شده است. ابتدا نانوصفحات گرافنی به دو روش رسوب‌دهی بخار شیمیایی (CVD) و هامرز، سنتز و پس از آن نانوصفحات گرافنی و گرافن نانومتخلخل، عامل دار شدند تا اثر آن‌ها بر فرایند نیز سنجیده شود. سپس ساختار کریستالی و هندسی همه‌ی نانوساختارها با آنالیز‌های XRD، FTIR، SEM و BET بررسی شد. در ادامه، نانوسیال‌هایی حاوی 1% وزنی از نانوساختارها تهیه و در فرایند تشکیل هیدرات گاز طبیعی حاوی 7/92% متان تحت شرایط kPa 9/6 و C4 استفاده شد. برای مقایسه نتایج از نمونه شاهد حاوی 100 گرم آب دیونیزه استفاده شد. پس از تشکیل هیدرات، با افزایش تدریجی دمای راکتور و تجزیه 95% از هیدرات تشکیل‌شده، از گاز طبیعی نمونه‌گیری و با آنالیز GC، ترکیبات آن مشخص و با گاز اولیه مقایسه شد. نتایج به‌دست‌آمده گویای افزایش 48/3 و 06/4 درصدی متان و حذف ترکیبات خورنده همچون دی‌اکسیدکربن، به ترتیب در حضور گرافن نانومتخلخل و گرافن نانومتخلخل عامل‌دارشده است.

کلیدواژه‌ها


 
 
[1]        Dai, L., "Functionalization of Graphene for Efficient Energy Conversion and Storage", Acc. Chem. Res., 46,31-42, (2013).
[2]        Ling, S., Jiaxianging, H., Deqing, L., "Enhanced CH4 storage in hydrates with the presence of sucrose stearate", Energy, 180, 978-988, (2019).
[3]        Jyoti Deka, M., Chowdhury, D.," Surface charge induced tuning of electrical properties of CVD assisted graphene and functionalized graphene sheets", Journal of Materials Science & Technology, 35, 151-158, (2019).
[4]        Jeong, H. S., Amadeu, K., "Promoting gas hydrate formation with ice-nucleating additives for hydrate-based applications",Applied Energy 251, 352-364, (2019).
[5]        Peter, J. Metaxas, L., Vincent, W. S., Craig, B., John, Z., Paul, L. Stanwix, X., Michael, L., Zachary, M., Gert, H., Daniel, C., Eric, F., "Gas hydrate formation probability distributions: Induction times, rates of nucleation and growth", Fuel 252, 448–457, (2019).
[6]        Hosseini, M., Ghozatloo, A., Shariaty-Niassar, M., "Effect of CVD graphene on hydrate formation of natural gas", Nanostructure in Chemistry, 5, 219-226, (2015).
[7]        Katz, D. L., "Handbook of natural gas engineering", McGraw-Hill Publications, (2015).
[8]        Ghozatloo, A., Shariaty-Niasar, M., Rashidi, A. M., "Preparation of nanofluids from functionalized graphene by new alkaline method and study on the thermal conductivity and stability", International Communications in Heat and Mass Transfer, 42, 89–94, (2013).
 
[9]        Hummers, W. S., Offeman, R. E., "Preparation of graphitic oxide", Am. Chem. Soc, 80, 1339-1339, (2013).
[10]      Osorio, A. G., Silveira, I., Bueno, V., "Bergmann, H2SO4/HNO3/HCl—Functionalization and its effect on dispersion of carbon nanotubes in aqueous media", Applied Surface Science, 55, 4, 2485-2489, (2008).
[11]      Li, C., Lin, J., Huang, S.J., Lee, J., Chen, C., "A new and acid exclusive method for dispersing carbon multi walled nanotubes in aqueous suspensions", Colloids Surf. A: Physicochem, Eng. Aspects, 297, 275-281, (2007).
[12]      Shaw, Y. T, Kee, S., Siti, K., Wan Ramli, W. D., "Graphene production via electrochemical reduction of graphene oxide: Synthesis and characterization", Chemical Engineering Journal, 251, 422–434, (2014).
[13]      Pinnelli, S. R., Vangala, D., Deepala,  V., Sarabu, R., "Effect of silica particles on the stability of methane hydrates", Fluid Phase Equilibria, 318, 110–114, (2012).
[14]      Ganji, H., Manteghian, M., Rahimi Mofrad, H., "Effect of mixed compounds on methane hydrate formation and dissociation rates and storage capacity", Fuel Processing Technology,  88, 891-895, (2007).
[15]      Clarke, M. A., Bishnoi, P. R., "Measuring and Modelling the Rate of Decomposition of Gas Hydrates Formed From Mixtures of Methane and Ethane" , Chem. Eng. Sci., 56, 4715-4724, (2001).