ESTABILIDAD Y DISTORSIÓN EN CLATRATOS HIDRATOS DE METANO, DIÓXIDO DE CARBONO Y ETILENO: UN ESTUDIO MEDIANTE UN MODELO DE GAS DE RED EN 2 DIMENSIONES Y SIMULACIÓN DE MONTE CARLO.

A. MARTÍN; RAMIREZ-PASTOR, ANTONIO J.; PABLO LONGONE

Congreso; 105° REUNIÓN DE LA ASOCIACIÓN FÍSICA ARGENTINA - PRIMERA WEBINAR; 2020

Los clatratos hidratos son compuestos de inclusión caracterizados por la formación de una red cristalina de moléculas de agua, lo que da lugar a la formación de cavidades donde las moléculas huésped (metano, dióxido de carbono, etileno etc.) pueden ser adsorbidas [1,2]. Los modelos termodinámicos de estabilidad de los clatratos hidratos son importantes para diferentes aplicaciones como el almacenamiento, separación y transporte de gases [3, 4, 5, 6 ]. El desarrollo de modelos teóricos mejorados, se basa en una mayor comprensión de las relaciones entre la estabilidad macroscópica de los hidratos de clatrato y su estructura [7]. En particular, la distorsión de la red (grado de deformación) es un parámetro importante que es difícil de incorporar en modelos termodinámicos de hidratos de clatrato. En este trabajo, se ha aplicado un modelo de gas de red en 2D por primera vez, para el estudio de la estabilidad y distorsión reticular de los hidratos de clatrato sI de metano, dióxido de carbono y etileno [8,9]. Los resultados muestran una relación directa entre la distorsión de la red y la ocupación de las cavidades: la distorsión mínima se encuentra cuando existe una molécula por cavidad. Al relacionar la distorsión de la red con la estabilidad de los hidratos, se pueden calcular diagramas de fase que están en concordancia cualitativa y cuantitativa con los diagramas experimentales y con los resultados de simulaciones comerciales en 3D.[1] E.D. Sloan, Fundamental principles and applications of gas hydrates, Nature 426 (2003) 353?359.[2] E.D. Sloan, C.A. Khoh, Clathrate Hydrates of Natural Gases, third ed., CRC Press, Boca Raton, FL, USA, 2007.[3] J.H. van der Waals, J.C. Platteeuw, Clathrate solutions, Adv. Chem. Phys. 2 (1959) 1?57.[4] W.R. Parrish, J.M. Prausnitz, Dissociation pressures of gas hydrates formed for by gas mixtures, Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 11 (1972) 26?34. [5] H. Tanaka, The thermodynamic stability of clathrate hydrate. III. Accommodation of nonspherical propane and ethane molecules, J. Chem. Phys. 101 (1994) 10833?10842.[6] R.E. Westacott, M.P. Rodger, Full-coordinate free-energy minimisation for complex molecular crystals: type I hydrates, Chem. Phys. Lett. 262 (1996) 47?51.[7] A. Martín, C.J. Peters, New thermodynamic model of equilibrium states of gas hydrates considering lattice distortion, J. Phys. Chem. C 113 (2009) 422?430.[8] P. Longone, A. Martín, A.J. Ramirez-Pastor, Stability and cell distortion of sI clathrate hydrates of methane and carbon dioxide: a 2D lattice-gas model study, Fluid Phase Equil. 402 (2015) 30-37.[9] P. Longone, A. Martín, A.J. Ramirez-Pastor, Lattice-gas Monte Carlo study of sI clathrate hydrates of ethylene: Stability analysis and cell distortion, Fluid Phase Equilibria 521 (2020) 112739.