مطالعه آزمايشگاهي و مدل‌سازي سينتيكي تشكيل هيدرات كربن‌دي‌اكسيد در حضور مايعات يوني

Experimental Study and Kinetic Modeling of Carbon Dioxide Hydrate Formation in the Presence of Ionic Liquids

در اين پژوهش، تاثير دو مايع يوني 1- بوتيل 3- متيل ايميدازوليوم تترافلويوروبورات [Bmim][BF4] و 1- بوتيل 3- متيل ايميدازوليوم متيل سولفات [Bmim][MS] بر سينتيك تشكيل هيدرات‌ كربن‌دي‌اكسيد بررسي شده است. در عمل و در فشار اوليه bar 35 و در حضور اين دو مايع يوني با غلظت جرمي، مشاهده شد كه [Bmim][BF4] و [Bmim][MS] 6/0% با كاهش زمان القا و هسته‌زايي، موجب تسريع فرآيند تشكيل هيدرات كربن‌دي‌اكسيد شده و به عنوان يك بهبود دهنده سينتيكي عمل مي‌كنند، به طوري كه به ترتيب داراي ضريب بهبود دهندگي 68% و 52% مي‌باشند. پس از مطالعه و بررسي سينتيكي تشكيل هيدرات، مدل‌سازي سينتيكي اين پديده در فرآيند حجم ثابت و پيش‌بيني تغييرات فشار-زمان، با استفاده از مدل و مكانيسم واكنش شيميايي اصلاح شده (مشتمل بر چند واكنش متوالي) انجام شد. نتايج نشان مي‌دهد كه مدل مورد استفاده مي‌تواند تغييرات فشار گاز در مدت زمان هسته‌زايي و رشد هيدرات را با دقت خوبي پيش‌بيني نمايد.

In this study, the kinetic effects of two ionic liquids (ILs), namely 1-butyl-3-metylimidazolium tetrafluoroborate ([Bmim][BF4]) and 1-butyl-3-metylimidazolium methyl sulfate ([Bmim][MS]), on the formation of carbon dioxide hydrate were investigated. The kinetic study confirmed that two ILs at concentration of 0.6 wt% and an initial pressure of 35 bar decreased the induction and nucleation time of carbon dioxide hydrate. Therefore, they can be considered as kinetic promoters. The promotion factor of [Bmim][BF4] and [Bmim][MS] were 68% and 52% respectively. Subsequent to the kinetic study of CO2 hydrate formation, the kinetic modeling of CO2 hydrate formation was carried out using the steady-state approach via a modified multi-step chemical reaction mechanism. The proposed model could reliably predict the pressure-time profiles; the experimental and the data calculated based on the integrated kinetic equations are in good agreement. The results showed that the proposed model could be used for the accurate prediction of the nucleation and crystal growth of CO2 gas hydrates.