Kinetics of solid hydrate formation by carbon dioxide: Phase field theory of hydrate nucleation and magnetic resonance imaging

文献情報

出版日 2003-12-08
DOI 10.1039/B311202K
インパクトファクター 3.676
著者

L. Gránásy, G. Tóth, T. Pusztai, G. Tegze


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要旨

In the course of developing a general kinetic model of hydrate formation/reaction that can be used to establish/optimize technologies for the exploitation of hydrate reservoirs, two aspects of CO2 hydrate formation have been studied. (i) We developed a phase field theory for describing the nucleation of CO2 hydrate in aqueous solutions. The accuracy of the model has been demonstrated on the hard-sphere model system, for which all information needed to calculate the height of the nucleation barrier is known accurately. It has been shown that the phase field theory is considerably more accurate than the sharp-interface droplet model of the classical nucleation theory. Starting from realistic estimates for the thermodynamic and interfacial properties, we have shown that under typical conditions of CO2 formation, the size of the critical fluctuations (nuclei) is comparable to the interface thickness, implying that the droplet model should be rather inaccurate. Indeed the phase field theory predicts considerably smaller height for the nucleation barrier than the classical approach. (ii) In order to provide accurate transformation rates to test the kinetic model under development, we applied magnetic resonance imaging to monitor hydrate phase transitions in porous media under realistic conditions. The mechanism of natural gas hydrate conversion to CO2-hydrate implies storage potential for CO2 in natural gas hydrate reservoirs, with the additional benefit of methane production. We present the transformation rates for the relevant processes (hydrate formation, dissociation and recovery).

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Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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