Estudo cinético da formação e dissociação de hidratos de gás.

Autor(es)

Ehsan Heidaryan

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC)
• Data de defesa: 2020-09-18

Membros da banca

Maria Dolores Robustillo Fuentes; Cassiano Gomes Aimoli; Nara Angélica Policarpo; Paulo Roberto Ribeiro; Marcelo Martins Seckler

• Orientador: Maria Dolores Robustillo Fuentes; Pedro de Alcântara Pessoa Filho

Resumo

Em 1884 iniciou-se a corrida pela compreensão da cinética e do equilíbrio químico, com os trabalhos de Jacobus Henricus van\'t Hoff e Henry Louis Le Chatelier. Desde então, a investigação científica sobre a direção, a estabilidade e o equilíbrio das reações químicas não parou. O estudo do equilíbrio e a cinética de formação dos hidratos (ou clatratos) de gás, cristais contendo moléculas de gás em estruturas formadas por moléculas de água ligadas por ligações de hidrogênio, faz parte dessa grande corrida. O conhecimento preciso do equilíbrio e da cinética de formação dos hidratos de gás é vital para garantir a vazão das linhas de transporte de gás natural. Tradicionalmente, a maioria dos estudos cinéticos analisa a solução e a dissolução indicadas pelas mudanças de pressão em um sistema fechado. Nesta pesquisa, um estudo em reator padrão foi usado para avaliar a formação e dissociação de hidrato de metano a 276,2 K e várias pressões (2700, 2900 e 3200kPa). Entre os muitos parâmetros estudados, o segundo momento da distribuição de tamanho de partícula (µ2(t)) mostrou-se a chave para o entendimento do hidrato de gás produzido. O principal objetivo desta tese, portanto, foi determinar o segundo momento da distribuição de tamanho do hidrato de metano µ2(t) com base em um modelo analítico deduzido do balanço de massa. Na construção do modelo, os parâmetros como o número de hidratação, o volume molar do hidrato de gás, a quantidade inicial de água reagida e a quantidade total de água reagida são encontrados. O parâmetro de número de hidratação foi determinado pela análise analítica do ponto de quadrupolo, enquanto o volume molar de hidratos foi calculado usando a técnica de simulação de dinâmica molecular (MD). O número inicial de moles de água reagida foi determinada por espectroscopia Raman in situ, e os resultados foram validados por modelos rigorosos (analítico e semi-analítico) disponíveis na literatura aberta. O número total de mols de água reagida foi calculado por meio de um flash trifásico. Na última etapa do estudo, micro-calorimetria diferencial de alta pressão (HP-µDSC) foi usada para entender melhor o equilíbrio de fases e determinar a superfície ativa do hidrato de metano, parâmetro crucial na cinética de dissociação dos hidratos. Finalmente, um novo modelo de dissociação de hidrato de metano foi proposto, e sua validade foi verificada, mostrando uma melhor concordância com os dados experimentais quando comparado à abordagem convencional. (AU)

• Processo FAPESP: 16/09341-3 - Estudo cinético da formação e dissociação de hidratos de gás
• Beneficiário: Ehsan Heidaryan
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto