Author

Labeeb Ali

Date of Award

6-2020

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Chemical Engineering (MSChE)

Department

Chemical and Petroleum Engineering

First Advisor

Dr. Eyas Mahmoud

Second Advisor

Nayef Mohamed Ghasem

Third Advisor

Matthew Hill

Abstract

Natural gas is major resource in UAE, constitute about 90% methane and as compared to other fossil fuels, it is more environmentally friendly. Energy demand from natural gas can be projected to exceed two hundred exajoules per year in 2040. In the UAE, many natural gas filling stations are already built for utilizing natural gas as a vehicle transportation fuel where these materials have potential applications to store and deliver this fuel. This research aims to study various kinds of Metal-Organic Frameworks, and to investigate adsorption properties for the storage of natural gas and its delivery. MOFs possess porous material that exhibits a high deliverable capacity of gases. These are synthesized using strategies such as crystal engineering with varying organic groups such as linker length and hydrophilicity, pore shape, and phase changes. The main challenges in designing MOFs for methane storage are understanding the mechanical properties, developing thermal management solutions, and the effect of impurities on the working capacity as well as the manufacturing costs of MOFs. This thesis gives pathway to tackle such problems. Overall, HKUST-1 showed promising results for the various MOFs tested. Synthesis and characterization were done by scanning electron microscope, thermogravimetric analysis, X-ray diffraction, and nitrogen adsorption. Adsorption process, reaction heat, and total heat involved in the process were studied using Tian-Calvet calorimeter and gas chromatography. A significant part of this research was dedicated to designing and setting up the calorimeter used in obtaining the heat of adsorption. Moreover, the adsorption properties and separation of the gaseous mixture are also studied using the gas chromatography with some equipment modifications. Designing of MOFs, a class of adsorbents, is described considering the thermodynamics of adsorption of these porous materials for natural gas and methane storage. The thermodynamics of adsorption governs the adsorption isotherm and, therefore the deliverable capacity of stored natural gas and methane. Calorimetric and gas chromatography studies indicated that HKUST-1 has the best adsorbent among the tested MOFs

Comments

يعد الغاز الطبيعي أحد الموارد الطبيعية الرئيسية في دولة الإمارات العربية المتحدة ، ويتكون من حوالي 90 ٪ من الميثان ، اعتمادًا على المصدر ، وهو أكثر صداقة للبيئة مقارنة بالوقود الأحفوري الآخر. وباعتبارها ثاني أكبر مصدر للطاقة ، من المتوقع أن يتجاوز الطلب على الطاقة من الغاز الطبيعي مائتي إكسجول سنويًا في عام 2040 . في الإمارات العربية المتحدة ، تم بالفعل إنشاء العديد من محطات تعبئة الغاز الطبيعي لاستخدام الغاز الطبيعي كوسيلة نقل وقود للمركبات حيث يكون لهذه المواد تطبيقات محتملة لتخزين هذا البحث إلى دراسة والت حقق من خصائص الامتزاز لأنواع مختلفة من الهياكل المعدنية العضوية (MOFs) لتخزين وتسليم الغاز الطبيعي . MOFs هي مواد مسامية ذات قدرة عالية على نقل الغازات. يتضمن تركي ب MOFs استراتيجيات مثل هندسة الكريستال المستخدمة لتجميع MOFs عن طريق تغيير المجموعات العضوية مثل طول الرابط والرطوبة ، شكل المسام ، وحتى تغييرات الطور. تتم مناقشة استراتيجيات التصميم هذه من حيث الإدارة الحرارية ، والخصائص الميكانيكية ، وتأثير الشوائب على العمليات الناتجة بالإضافة إلى التصنيع الصناعي وتكلفة ال MOFs . يتم تصنيع المواد المسامية ودراسة خصائصها بالحيود بالأشعة السينية ، المجهر الإلكتروني الماسح ، والتحليل الحراري الوزني. يتم تحديد مسامية هذه المواد عن طريق امتصاص النيتروجين. تتم دراسة عملية الامتزاز وحرارة التفاعل والحرارة الكلية التي تطورت في العملية والخصائص الأخرى باستخدام جهاز قياس السعرات الحرارية للغاز. يعد تصميم وإعداد مقياس السعرات الحرارية لاختبار حرارة امتزاز MOFs جزءًا رئيسيًا من هذا البحث. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام معلمات مختلفة لتحليل خصائص الكتلة ونقل الحرارة لنظام الغاز ، والتي يمكن توفيرها من المسعرات الحرارية لدراسات امتزاز الغاز. يوصف تصميم MOFs ، فئة من الممتزات ، بالنظر في الديناميكا الحرارية لامتصاص هذه المواد المسامية للغاز الطبيعي وتخزين الميثان. تحكم الديناميكا الحرارية للامتصاص متساوي الامتصاص وبالتالي القدرة على تسليم الغاز الطبيعي والميثان المخزنين. يتم أيضًا بحث الخصائص الديناميكية الحرارية للامتزاز من أجل زيادة القدرة على التسليم إلى أقصى حد

Download

Share

COinS