توصيفگر ها :
هيدرات متان , هيدرات دياكسيدكربن , ارتقادهنده , نانوذرات اكسيد آهن عاملدار شده با سولفاميك اسيد
چكيده فارسي :
امروزه انرژي نقشي كليدي در بقا و توسعه جوامع دارد. در اين ميان گاز طبيعي بهعنوان پاكترين سوخت فسيلي توانسته سهم قابلتوجهي در
سبد تأمين انرژي پيدا كند كه منابع عظيمي از گاز طبيعي به شكل هيدرات در اعماق اقيانوس موجود است. هيدرات گازي ميتواند روشي
ايمن و كمهزينه در مقابل روشهاي رايج ذخيرهسازي و انتقال گاز طبيعي مانند گاز فشرده و گاز مايع باشد؛ بهعالوه هيدرات گازي امكان
به دام انداختن گازهاي گلخانهاي مانند متان و دياكسيدكربن را فراهم ميكند. هيدرات گازي جامد بلورهاي است كه در حضور آب و
مولكولهاي گازي سبك در فشار باال و دماي پايين تشكيل ميشود. دماي پايين، فشار باال و سينتيك آهسته تشكيل هيدرات مهمترين
چالشهاي موجود در زمينه تجاريسازي هيدرات است. جهت تعديل دما و فشار تشكيل هيدرات از افزودنيهايي به نام ارتقادهندههاي
ترموديناميكي و جهت تسريع سينتيك تشكيل هيدرات نيز از افزودنيهايي به نام ارتقادهندههاي سينتيكي استفاده ميشود. در اين پژوهش
عملكرد نانوذرات اكسيد آهن عاملدار شده با سولفاميك اسيد بهعنوان ارتقادهنده سينتيكي، در غلظتهاي ،%0/01 ،%0/025 ،%0/05 %0/1
و %0/15 وزني و اثر همافزايي اين نانوذرات در غلظت بهينه با سديمدودسيلسولفات بررسي شد. فشار و دماي عملياتي جهت تشكيل هيدرات
متان به ترتيب 90 بار و 3 درجه سلسيوس و جهت تشكيل هيدرات دياكسيدكربن 40 بار و 1 درجه سلسيوس بود. بر اساس نتايج نانوذرات
اكسيد آهن عاملدار شده با سولفاميك اسيد توانستند در غلظت %0/01 وزني بهترين عملكرد را نشان دهند. در اين غلظت مقدارميزان جذب
گاز، ظرفيت ذخيرهسازي هيدرات و درصد تبديل آب به هيدرات براي هيدرات گاز متان به ترتيب ،%36 %36 و %35 نسبت به آزمون شاهد
افزايش داشتند، مقادير مذكور حتي نسبت به سديمدودسيلسولفات نيز به ترتيب ،%8 %8 و %9 افزايش داشتند؛ اما كمينه زمان القا در غلظت
0%/025 وزني نانوذرات مشاهده شد كه %2 كمتر از زمان القا در غلظت %0/01 وزني نانوذرات اكسيد آهن عاملدار شده با سولفاميك اسيد
بود. در تشكيل هيدرات متان، همافزايي نانوذرات اكسيد آهن عاملدار شده با سولفاميك اسيد با سديمدودسيلسولفات بر خالف نانوذرات
اكسيد آهن، افت عملكرد نانوذرات را در مقادير مذكور در پي داشت. در حضور گاز دياكسيدكربن كمترين زمان القا در غلظت 0%/05
وزني نانوذرات اكسيد آهن عاملدار شده با سولفاميك اسيد مشاهده شد كه %65 نسبت به آزمون شاهد كاهش يافت؛ اما مصرف گاز
دياكسيدكربن در حضور غلظتهاي مختلف نانوذرات اكسيد آهن عاملدار شده با سولفاميك اسيد كمتر از آزمون شاهد بود. بيشترين
مقدار مصرف گاز در غلظت %0/01 وزني نانوذرات اكسيد آهن عاملدار شده با سولفاميك اسيد مشاهده شد كه 3 % كمتر از مصرف گاز
آزمون شاهد بود. دليل عدم ارتقادهندگي نانوذرات اكسيد آهن عاملدار شده با سولفاميك اسيد براي هر دو گاز، ميتواند تفاوت در
الگوهاي رشد هيدرات اين دو گاز باشد؛ چراكه در حضور گاز دياكسيدكربن به دليل فشردهتر بودن بلورههاي هيدرات و نرخ رشد آهستهتر
بلورهها و در نتيجه كاهش اثر مويين، راندمان انتقال جرم كاهش مييابد.
چكيده انگليسي :
Energy is now essential to a society's ability to survive and grow. As the cleanest fossil fuel, natural
gas has managed to take a sizable chunk of the energy supply basket in the interim. Massive supplies
of natural gas in the form of hydrates can be found in the ocean's depths. Compared to other popular
ways of storing and transferring natural gas, including compressed gas and liquefied gas, gas hydrate
can be a safe and affordable option. It also offers the potential to trap greenhouse pollutants, like
carbon dioxide and methane. A crystalline solid known as gas hydrate is created at low temperatures
and high pressures when water and light gas molecules are present. The main obstacles to hydrate
commercialization are low temperature, high pressure, and slow kinetics of hydrate formation.
Thermodynamic promoters are additions that modify the temperature and pressure at which hydrates
develop, while kinetic promoters are additives that speed up the kinetics of hydrate formation. This
study investigate the effect of iron oxide nanoparticles functionalized with sulfamic acid at the
concentrations of 0.01%, 0.025%, 0.05%, 0.1%, and 0.15% by weight, and synergistic effect of iron
oxide nanoparticlesfunctionalized with sulfamic acid at concentration 0.01% and 0.05% with sodium
dodecyl sulfate at concentration 0.05% by weight. For the formation of methane hydrate, the working
pressure and temperature were 90 bar and 3°C, while for the formation of carbon dioxide hydrate,
they were 40 bar and 1°C. Sulfamic acid-functionalized iron oxide nanoparticles demonstrated the
highest performance at a concentration of 0.01% by weight, according to the data. In comparison to
the blank test, the methane gas consumption, hydrate storage capacity, and water-to-hydrate
conversion were increased by 36%, 36%, and 35%, respectively, at this concentration. Comparing
the above values to sodium dodecyl sulfate, they were increased by 8%, 8%, and 9%, respectively.
The lowest induction time, however, was recorded at 0.025% by weight of the Sulfamic acidfunctionalized iron oxide nanoparticles, which was 2% shorter than the induction time at 0.01% by
weight of nanoparticles. In contrast to iron oxide nanoparticles, the synergy of sulfamic acidfunctionalized iron oxide nanoparticles with sodium dodecyl sulfate led to a reduction in the
performance of the nanoparticles at the previously reported levels in methane hydrate formation.
However, the carbon dioxide gas consumption in the presence of different concentrations of sulfamic
acid-functionalized iron oxide nanoparticles was lower than the blank test. The highest gas
consumption was observed at a concentration of 0.01% by weight of sulfamic acid-functionalized
iron oxide nanoparticles, which was 3% lower than the gas consumption of the blank test. The reason
for the lack of enhancement of sulfamic acid-functionalized iron oxide nanoparticles for both gases could be the difference in the hydrate growth patterns of these two gases; because in the presence of
carbon dioxide gas, the mass transfer efficiency decreases due to the more compact hydrate crystals
structure and the slower growth rate of the crystals, resulting in a decrease in the capillary effect.
