Effet des nano-additifs sur la cinétique de formation des hydrates

Il n’existe que très peu d’études portant sur la formation des hydrates en présence des nanoparticules.

En 2006, Li et al [Li et al 2006] ont étudié la formation et la dissociation des hydrates de gaz de HFC134a (CH2FCF3) en présence des nanoparticules de cuivre. L’idée est inspirée de l’effet

positif des nanoparticules sur l’amélioration des phénomènes de transferts (masse et chaleur) dans les fluides caloporteurs. Cette formation et dissociation des hydrates de gaz a été étudiée dans un nanofluide de cuivre pour différentes fractions massiques en nanoparticules. Les résultats obtenus ont indiqué que l’addition des nanoparticules de cuivre augmente le transfert de masse et de chaleur durant le processus de formation et dissociation des hydrates de HFC134a (CH2FCF3).

De leur côté, Park et al (2010) [Park et al, 2010] ont étudié l’effet de l’addition de nanotubes de carbone multi paroi MWCNT (Multi-wall Carbon Nanotubes) à l’eau sur la vitesse de formation des hydrates de méthane et sur la teneur de gaz consommé durant la formation. Ils ont utilisé une eau pure comme fluide de base, ajouté d’une dispersion de nanoparticules de MWCNT (de 10 à 15nm de diamètre et 10 à 20µm de longueur) pour différentes fractions massiques (0.001, 0.002, 0.003, 0.004, 0.005 et 0.006%massique).

Les résultats obtenus ont montré une augmentation de la consommation de gaz et la vitesse de formation d’hydrates de méthane (eg. une dispersion à 0.004% massique provoque une augmentation de 300% de la quantité de gaz consommée durant la formation d’hydrates de méthane par rapport à celle dans l’eau pure).

Une autre étude menée par Kim et al. (2011) [Kim et al. 2011], où ils ont comparé l’effet d’addition de deux sortes de MWCNT (CM-95 et CM-100) à l’eau pure sur l’amélioration de la vitesse formation d’hydrates de méthane (la longueur de CM-95 est beaucoup plus petite par rapport au CM-100). Ils ont utilisé l’eau pure comme fluide de base avec une dispersion de nanoparticules de CM-95 pour différentes fractions massiques (0.001, 0.002, 0.003, 0.004, 0.005 et 0.006% massique) et de même pour CM-100. Ils ont trouvé que la consommation maximale de gaz a été observée pour une concentration de 0.004% massique de nanoparticules de CM-95 et CM-100 dans l’eau pure. Pour le CM-95, les expériences ont montré que la consommation de gaz pour une fraction de 0.004% massique de nanoparticules de CM-95 dans l’eau pure était dépassée de 300% par rapport à celle dans l’eau pure. Aussi, à la même température, la pression de formation d’hydrates de méthane était plus faible pour le nanofluide CM-95/eau de 0.004% massique par rapport à celle du nanofluide CM-100/eau avec la même fraction massique. Cela indiquerait un effet thermodynamique inattendu.

Les résultats obtenus ont également montré que le temps de formation d’hydrates de méthane a été significativement réduit lors de l’utilisation de CM-95 et de CM-100 nanofluide de 0.004% massique, plus fortement pour CM-95. Ils concluent que le MWCNT de petite longueur serait plus efficace pour la réduction du temps de formation d’hydrates de méthane.

Une deuxième étude menée par Park et al. (2012) [Park et al. 2012], étudié les caractéristiques d’hydrates de méthane dans deux types de nanofluides de carbone, MWCNT/eau nanofluide et OMWCNT/eau nanofluide (MWCNT oxydé). Ils ont oxydé chimiquement la surface de MWCNT puis dispersé dans l’eau distillée. Ils ont constaté que la quantité de gaz consommée durant la formation d’hydrates de méthane dans le nanofluide OMWCNT/eau est 4.5 fois plus supérieure à celle dans le nanofluide MWCNT/eau.

En 2013, Ganji et al. (2013) [Ganji et al. 2013] ont étudié l’effet des polymères et des

suspensions de nanoparticules de polymère sur la stabilité et la capacité de stockage de méthane par les hydrates de gaz. Ils ont trouvé que quelques additifs testés peuvent augmenter la stabilité des hydrates formés. Les hydrates formés en présence de ces additifs possèdent une quantité de gaz plus élevée que ceux formés dans l’eau pure.

Une autre étude réalisée par Mohammadi et al. (2014) [Mohammadi et al. 2014], porte sur la cinétique de formation des hydrates de CO2 en présence de nanoparticules d’Argent et d’une

concentrations de 4,5.10-5 et de 9.10-5 M en nanoparticule ainsi que un mélange de SDS (500 ppm) et des nanoparticules d’Ag (4,5.10-5

M).

Les résultats obtenus ont montré que le SDS et les nanoparticules d’Ag n’ont pas un effet significatif sur la réduction du temps d’induction et sur l’augmentation de la capacité de stockage des hydrates de CO2. Alors que le mélange de SDS et nanoparticules d’Ag augmente la capacité

de stockage de CO2.

L’effet de l’addition des nanoparticules de graphite sur le processus de formation des hydrates de CO2 a été étudié par Zhou et al (2014) [Zhou et al., 2014]. Les résultats obtenus

montré que les nanoparticules de graphite ont un effet positif sur la formation des hydrates de CO2.

Comparant à l’eau pure, le temps d’induction des hydrates formés en présence des nanoparticules de graphite est diminué de 80%. En outre, la réaction de formation des hydrates était terminée de 98.8% dans 400 minutes en présence de ces nanoparticules.

En 2016, Mohammadi et al. [Mohammadi et al. 2016] étudié l’effet des nanoparticules

synthétisés d’oxyde de Zinc (ZnO) sur la cinétique et sur les conditions d’équilibre thermodynamiques de formation des hydrates de CO2.

La quantité de gaz consommée a été mesuré et comparé pour quatre types de fluides : eau pure, une solution aqueuse de SDS (Sodium Dodecyl Sulfate), nanofluide ZnO/eau et ZnO/eau en présence de SDS (0.001 %massique). Les résultats trouvés ont montré que le temps de croissance des hydrates a diminué et la quantité de gaz stockée (captage de CO2) a été améliorée.