مطالعه و مدل سازی شرایط تشکیل هیدرات اتان در حضور بهبود دهنده‌ی ترمودینامیکی تترا هیدرو فوران

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش، از مدل ترمودینامیکی ساده و دقیق برای پیش­ بینی نمودارهای فازی دما ـ فشار هیدرات گاز اتان بدون افزودنی و همچنین گاز اتان در حضور افزودنی محلول در آب تتراهیدروفوران (THFبا سه غلظت 5، 8 و 10 درصد مولی استفاده شد. این مدل بر مبنای برابری فوگاسیته در فازهای مایع وهیدرات می­ باشد. از نظریه واندروالس ـ پلاتیو برای بیان فوگاسیته­ ی فاز هیدرات، مدل توزیع گروهی UNIFAC برای محاسبه فوگاسیته ­ی آب در فاز مایع و برای فوگاسیته­ ی فاز گاز از معادله حالت­ های PRو SRK استفاده شد. در بخش عملی با استفاده از دستگاه آزمایشگاهی، شرایط تعادلی دما و فشار برای تشکیل هیدرات گاز اتان در حضور و بدون حضور بهبود دهنده ی محلول در آب THF به دست آمد. نتیجه ­های به دست آمده از مدل با نتیجه­ های آزمایشگاهی مقایسه و دقت مدل مورد ارزیابی قرار گرفت. توافق خوبی بین داده­ های آزمایشگاهی و مدل­ سازی به دست آمد. میانگین درصد خطای مطلق  در سامانه­ های اتان خالص با دو معادله حالت SRKو PR، به ترتیب 92/0 % و 45/1 % و آب + اتان+ تتراهیدروفوران با دو معادله حالت SRKو PR، به ترتیب299/7 %  و  42/7 % می ­باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Sloan Jr E.D., Koh C., “Clathrate Hydrates of Natural Gases”, CRC Press (2007).

[2]  کیشان رودباری، سارا؛ پهلوانزاده، حسن؛ "بررسی شرایط ترمودینامیکی تشکیل هیدرات کربن دی اکسید در حضور بهبود دهنده­ی نمکی تترا ان بوتیل آمونیوم کلراید در غلظت بالا"، دومین همایش ملی هیدرات گازی ایران، دانشکده مهندسی شیمی ونفت و گاز دانشگاه سمنان، انجمن مهندسی شیمی ایران، (1392).

[3] Maekawa T., Equilibrium Conditions of Clathrate Hydrates Formed from Carbon Dioxide and Aqueous Acetone solutions, Fluid Phase Equilibria, 303(1): 76-79 (2011).

[4] Seo Y.-T., Kang S.-P., Lee H., Experimental Determination and Thermodynamic Modeling of Methane and Nitrogen Hydrates in the Presence of THF, Propylene Oxide, 1, 4-Dioxane and Acetone, Fluid Phase Equilibria, 189(1): 99-110 (2001).

[5] Kang S.-P., Lee H., Lee C.-S., Sung W.-M., Hydrate Phase Equilibria of the Guest Mixtures Containing CO2, N2 and Tetrahydrofuran, Fluid Phase Equilibria, 185(1): 101-109 (2001).

[6]  روستا, هادی؛ ورامینیان ،فرشاد ؛ خوش آرای، شاهین ؛ "بررسی سینتیکی و ترمودینامیکی تشکیل هیدرات 2CO و ایجاد شرایط آسان برای تشکیل هیدرات 2CO "، اولین همایش ملی هیدرات گازی ایران، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، انجمن مهندسی شیمی ایران، (۱۳۹۰).

[7]  موسوی صفوی, سید محمد؛ منطقیان ،مهرداد؛ وفائی سفتی، محسن ؛ بررسی پایداری هیدرات متان در شرایط مختلف دما و فشار، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)30: 63 تا 70 (۱۳۹۰).

[8] Mohammadi A.H., Richon D., Phase Equilibria of Binary Clathrate Hydrates of Nitrogen+ Cyclopentane/Cyclohexane/Methyl Cyclohexane and Ethane+ Cyclopentane/Cyclohexane/Methyl Cyclohexane, Chemical Engineering Science, 66(20): 4936-4940 (2011).

[9] Babaee S., Hashemi H., Javanmardi J., Eslamimanesh A., Mohammadi A.H., Thermodynamic Model for Prediction of Phase Equilibria of Clathrate Hydrates of Hydrogen with Different Alkanes, Alkenes, Alkynes, Cycloalkanes or Cycloalkene, Fluid Phase Equilibria, 336: 71-78 (2012)

[10] Pahlavanzadeh H., Kamran-Pirzaman A., Mohammadi A.H., Thermodynamic Modeling of Pressure–Temperature Phase Diagrams of Binary Clathrate Hydrates of Methane, Carbon Dioxide or Nitrogen+Tetrahydrofuran, 1, 4-Dioxane or Acetone, Fluid Phase Equilibria, 320:32-37 (2012).

[11] Moradi G., Khosravani E., Modeling of Hydrate Formation Conditions for CH4, C2H6, C3H8, N2, CO2 and Their Mixtures Using the PRSV2 Equation of State and Obtaining the Kihara Potential Parameters for These Components, Fluid Phase Equilibria, 338:179-187 (2013).

[12] Van der Waals J., Platteeuw J., Clathrate Solutions, Advances in Chemical Physics, 2:1-57 (2007).

[13] Mohammadi A.H., Eslamimanesh A., Richon D., Gharagheizi F., Yazdizadeh M., Javanmardi J., Hashemi H., Zarifi M., Babaee S., Gas Hydrate Phase Equilibrium in Porous Media: Mathematical Modeling and Correlation, Industrial & Engineering Chemistry Research, 51(2):1062-1072 (2011).

[14] Eslamimanesh A., Mohammadi A.H., Richon D., Thermodynamic Consistency Test for Experimental Solubility Data in Carbon Dioxide/Methane+ Water System Inside and Outside Gas Hydrate Formation Region, Journal of Chemical & Engineering Data, 56(4): 1573-1586 (2011).

[15] Tumba K., Reddy P., Naidoo P., Ramjugernath D., Eslamimanesh A., Mohammadi A.H., Richon D., Phase Equilibria of Methane and Carbon Dioxide Clathrate Hydrates in the Presence of Aqueous Solutions of Tributylmethylphosphonium Methylsulfate Ionic Liquid, Journal of Chemical & Engineering Data, 56(9):3620-3629 (2011).

[16] Anderson F., Prausnitz J., Inhibition of Gas Hydrates by Methanol, AIChE Journal, 32(8): 1321-1333 (1986).

[17] Mohammadi A.H., Richon D., Thermodynamic Model for Predicting Liquid Water-Hydrate Equilibrium of the Water-Hydrocarbon System, Industrial & Engineering Chemistry Research, 47(4):1346-1350 (2008).

[18] Poling B.E., Prausnitz J.M., John Paul O.C., Reid R.C., "The Properties of Gases and Liquids", Vol. 5. McGraw-Hill New York (2001).

[19] Prausnitz J., Lichtenthaler R., Azevedo E.D., "Molecular Thermodynamics of Fluidphase Equilibria", Pren Tice Hall PTR, Upper Saddle River, New Jersey(1999).

[20] Krichevsky I., Kasarnovsky J., Thermodynamical Calculations of Solubilities of Nitrogen and Hydrogen in Water at High Pressures, Journal of the American Chemical Society, 57(11): 2168-2171 (1935).

[21] Ma Q.-L., Chen G.-J., Ma C.-F., Zhang L.-W., Study of Vapor–Hydrate Two-Phase Equilibria, Fluid Phase Equilibria, 265(1): 84-93 (2008).

[22] Munck J., Skjold-Jørgensen S., Rasmussen P., Computations of the Formation of Gas Hydrates, Chemical Engineering Science, 43(10): 2661-2672 (1988).

[23] Dharmawardhana P., Parrish W., Sloan E., Experimental Thermodynamic Parameters for the Prediction of Natural Gas Hydrate Dissociation Conditions, Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals, 19(4): 410-414 (1980).

[24] Klauda J.B., Sandler S.I., A Fugacity Model for Gas Hydrate Phase Equilibria, Industrial & Engineering Chemistry Research, 39(9): 3377-3386 (2000).

[25] Fredenslund A., Jones R.L., Prausnitz J.M., Group‐Contribution Estimation of Activity Coefficients in Nonideal Liquid Mixtures, AIChE Journal, 21(6): 1086-1099 (1975).

[26] Peng D.-Y., Robinson D.B., A New Two-Constant Equation of State, Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals, 15(1): 59-64 (1976).

[27] Jager M., De Deugd R., Peters C., de Swaan Arons J., Sloan E., Experimental Determination and Modeling of Structure II Hydrates in Mixtures of Methane + Water + 1, 4-Dioxane, Fluid Phase Equilibria, 165(2): 209-223 (1999).