Investigating High-Pressure Liquid CO2 Hydrate Formation, Dissociation Kinetics, and Morphology in Brine and Freshwater Static Systems

卤水 水合物 笼状水合物 海水 化学 离解(化学) 动力学 成核 热力学 地质学 物理化学 有机化学 海洋学 物理 量子力学
作者
Vikas Dhamu,M. Fahed Qureshi,Saifudin Abubakar,Adam K. Usadi,Timothy A. Barckholtz,Ashish B. Mhadeshwar,Praveen Linga
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:37 (12): 8406-8420 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.3c01089
摘要

Carbon capture and storage [CCS] is crucial for mitigating CO2 emissions. One of the potential CCS concepts is to compress and store the captured CO2 into deep oceanic sediments as gas hydrates. However, seawater is highly saline [brine], which may impair the formation/dissociation kinetics and storage of CO2 hydrates. Therefore, it is essential to understand the liquid CO2 [LCO2] hydrate formation and dissociation kinetics in static brine systems. In this experimental study, we have examined the formation/dissociation kinetics and morphology of high-pressure LCO2 hydrates in brine using a static [unstirred] high-pressure crystallizer at deep oceanic [1 km] thermodynamic conditions [10 MPa, 1–2 °C]. The results are compared with [unstirred/stirred] freshwater systems with/without hydrate promoters. Three key stages have been identified in the experiments: nucleation [stage 1], LCO2-hydrate-brine film formation [stage 2], and LCO2-hydrate-brine film breakage [stage 3]. In the absence of stirring, the formation of the LCO2-hydrate-brine film resists the mass transfer of LCO2 into the brine, and most likely, the volume expansion during hydrate formation causes the LCO2-hydrate-brine film to break. New hydrate morphological growth patterns have been identified. It was estimated that the hydrate conversion in the freshwater system was higher [27.5% (±3.04%) in 21.1 (±1.26) h] compared to the brine system [25.0% in 24.2 (±0.58) h]. LCO2 hydrates dissociate faster in brine [1.7 (±0.14) h] compared to the freshwater system [5.7 (±1.77) h]. Finally, the presence of the eco-friendly hydrate promoter 500 ppm l-tryptophan can delay the dissociation process.
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