Tecnologia de Hidrato de Gás: Modelagem Computacional para a Etapa de Crescimento do Hidrato

Autores

DOI:

https://doi.org/10.14295/vetor.v31i1.13164

Palavras-chave:

Hidratos-de-gás, Modelo-computacional, Formação de hidratos

Resumo

Dentro da química sustentável, os hidratos de gás estão ganhando destaque devido às suas inovadoras aplicações, em diferentes contextos científicos e industriais. A capacidade de entender e controlar suas propriedades são cruciais para o pleno desenvolvimento de tecnologias baseadas em hidratos. Neste contexto, a partir do modelo matemático publicado por Vlasov para a formação de hidrato de metano, o presente estudo busca o desenvolvimento de um código computacional capaz de simular o grau de formação de diferentes hidratos de gás, em quaisquer condições termodinâmicas, com a vantagem de reduzir a quantidade de experimentos necessários para a avaliação do seu comportamento de formação. Para avaliar a viabilidade na simulação de formação de outras composições de hidratos de gás, o código foi utilizado para simular a formação do hidrato de ciclopentano. O modelo computacional idealizado apresentou sucesso na reprodução numérica das curvas experimentais para o hidrato de metano, apresentando o maior erro de 19,73%. Os resultados apresentados neste trabalho mostram-se coerentes frente à literatura, fornecendo meios de observação da influência das condições experimentais iniciais até a etapa final de formação. Ainda, o código computacional apresenta um caráter global, pois permite simular diferentes composições de hidratos de gás, com promissora aplicação no desenvolvimento de processos baseados na tecnologia de hidratos.

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Referências

J. Carroll. Natural gas hydrates: a guide for engineers, 2a ed., Amsterdam: Gulf Professional Publishing, 2009, pp. 165-197. Disponível em: https://www.elsevier.com/books/natural-gas-hydrates/carroll/978-0-7506-8490-3

E. D. Sloan Jr. e C. A. Koh. Clathrate hydrates of natural gases, 3a ed., CRC Press, 2007. Disponível em: https://doi.org/10.1201/9781420008494

B. A. Buffet. “Clathrate hydrates” em Annual Review of Earth and Planetary Sciences, vol. 28, no. 1, pp. 477-507, 2000. Disponível em: https://doi.org/10.1146/annurev.earth.28.1.477

S. Chu, Y. Cui e N. Liu. “The path towards sustainable energy”, Nature Materials, vol. 16, no. 1, pp. 16-22, 2017. Disponível em: https://doi.org/10.1038/nmat4834

Z. R. Chong, S. H. B. Yang, P. Babu, P. Linga, X. Li. “Review of natural gas hydrates as an energy resource: Prospects and challenges”, Applied Energy, vol. 162, pp. 1633–1652, 2016. Disponível em: doi:10.1016/j.apenergy.2014.12.061

L. D. D. Harvey e Z. Huang. “Evaluation of the potential impact of methane clathrate destabilization on future global warming”, Journal of Geophysical Research, vol. 100, no. D2, pp. 2905-2926, 1995. Disponível em: https://doi.org/10.1029/94JD02829

H. P. Veluswamy, R. Kumar e P Linga. “Hydrogen storage in clathrate hydrates: current state of the art and future directions”, Applied Energy, vol. 122, pp. 112-132, 2014. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.01.063

D. Zhong e P. Englezos. “Methane separation from coal mine methane gas by tetra-n-butyl ammonium bromide semiclathrate hydrate formation”, Energy & Fuels, vol. 26, no. 4, pp. 2098-2106, 2012. Disponível em: https://doi.org/10.1021/ef202007x

C.-G. Xu e X.-S. Li. “Research progress of hydrate-based CO2 separation and capture from gas mixtures”. RSC Advances, vol. 4, no. 35, pp. 18301-18316, 2014. Disponível em: https://doi.org/10.1039/C4RA00611A

K. C. Kang, P. Linga, K.-n. Park, S.-J. Choi e J. D. Lee. “Seawater desalination by gas hydrate process and removal characteristics of dissolved ions (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, B3+, Cl−, SO42−)”, Desalination, vol. 353, pp. 84-90, 2014. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.09.007

A. Hassanpouryouzband, E. Joonaki, M. V. Farahani, S. Takeya, C. Ruppel, J. Yang, N. J. English, J. M. Schicks, K. Edlmann, H. Mehrabian, Z. M. Aman e B. Tohidia. “Gas hydrates in sustainable chemistry”, Chemical Society Reviews, vol. 49, no. 15, pp. 5225-5309, 2020. Disponível em: https://doi.org/10.1039/C8CS00989A

Z. Yin, M. Khurana, H. K. Tan e P. Linga. “A review of gas hydrate growth kinetic models”, Chemical Engineering Journal, vol. 342, pp. 9-29, 2018. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.01.120

V. A. Vlasov. “Phenomenological diffusion theory of formation of gas hydrate from ice powder”, Theoretical Foundations of Chemical Engineering, vol. 46, no. 6, pp. 576-582, 2012. Disponível em: https://doi.org/10.1134/S0040579512060243

V. A. Vlasov. “Diffusion model of gas hydrate formation from ice”, Heat and Mass Transfer, vol. 52, no. 3, pp. 531-537, 2016. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s00231-015-1575-6

L. C. Barroso, M. M. A. Barroso, F. F. Campos Filho, M. L. B. de Carvalho e M. L. Maia. Cálculo Numérico. Harbra Ltd., São Paulo, 1987. Disponível em: https://www.amazon.com.br/Cálculo-Numérico-L-C-Barroso/dp/8529400895

I. R. Ferreira Filho, Y. T. de Barros, M. R. Barreira, C. H. Bucsky, K. C. da Silveira, A. J. Silva Neto. “Estudo Preliminar Teórico-Experimental do Processo Difusivo na Formação de Hidratos de Ciclopentano a partir de gelo em pó”, Revista Mundi Engenharia, Tecnologia e Gestão. Paranaguá, PR, vol. 4, no. 3, 2019. Disponível em: http://dx.doi.org/10.21575/25254782rmetg2019vol4n3844

C. H. Bucsky, Y. T. de Barros, K. C. da Silveira, A. J. Silva Neto. “Desenvolvimento de Aparato Experimental para a Formação de Hidratos de Ciclopentano” em Anais da 27a Semana de Iniciação Científica, UERJ, Rio de Janeiro, 2018, pp. 1450-1451. Disponível em: http://www.sr3.uerj.br/usm/cd/2018/semic.pdf

C. H. Bucsky, K. C. da Silveira, A. C. F. Moreira, A. J. Silva Neto. “Avaliação de resíduos sólidos têxteis como promotores de hidratos de ciclopentano” em Anais Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais de 2018 Ed. Foz do Iguaçu, Brasil, 2018. Disponível em: https://www.metallum.com.br/23cbecimat/anais/PDF/IVg24-002.pdf

I. R. Ferreira Filho, L. Knupp, Y. T. de Barros, K. C. da Silveira, A. J. Silva Neto. “Avaliação da influência do tecido em pó como promotor ecológico de hidratos de ciclopentano” em Anais da 28a Semana de Iniciação Científica, UERJ, Rio de Janeiro, 2019, pp. 1098. Disponível em: http://www.sr3.uerj.br/usm/cd/2019/semanadeiniciacao.pdf

W. F. Kuhs, D. K. Staykova e A. N. Salamatin. “Formation of methane hydrate from polydisperse ice powders”, The Journal of Physical Chemistry B, vol. 110, no. 26, pp. 13283-13295, 2006. Disponível em: https://doi.org/10.1021/jp061060f

“Planilha para Cálculo do Fator de Compressibilidade via Método Hall-Yarborough”, 2002. Disponível em: http://booksite.elsevier.com/9781933762418/content/Hall-Yarborough-Z.xls

D. K. Staykova, W. F. Kuhs, A. N. Salamantin, T. Hansen. “Formation of porous gas hydrates from ice powders: diffraction experiments and multistage model”, The Journal of Physical Chemistry B, vol. 107, no. 37, pp. 10299-10311, 2003. Disponível em: https://doi.org/10.1021/jp027787v

H. C. Kim, P. R. Bishnoi, R. A. Heidemann, S. S. H. Rizvi. “Kinetics of methane hydrate decomposition”, Chemical Engineering Science, vol. 42, no. 7, pp. 1645-1653, 1987. Disponível em: https://doi.org/10.1016/0009-2509(87)80169-0

V. A. Vlasov. “Formation and dissociation of gas hydrate in terms of chemical kinetics”, Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, vol. 110, no. 1, pp. 5-13, 2013. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s11144-013-0578-x

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Publicado

2021-11-18

Como Citar

Ferreira Filho, I. R., da Silveira, K. C., & Silva Neto, A. J. (2021). Tecnologia de Hidrato de Gás: Modelagem Computacional para a Etapa de Crescimento do Hidrato. VETOR - Revista De Ciências Exatas E Engenharias, 31(1), 23–42. https://doi.org/10.14295/vetor.v31i1.13164

Edição

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Artigos