Diffusion d’Hydrocarbures dans les Matériaux Carbonés Mésoporeux: Implications pour la Récupération des Gaz Non-Conventionnels

La diffusion du méthane dans les micro- et mésopores des matériaux carbonés est dominée par les interactions moléculaires avec les parois des pores. En conséquence, les molécules de fluide sont principalement en régime diffusif et les lois de la mécanique des fluides ne sont pas directement applicables. Une méthode appelée « théorie du volume libre » a été utilisée avec succès par différents auteurs pour étudier la diffusion des n-alcanes dans les carbones microporeux. Cependant, nous montrons dans cet article qu’une telle méthode ne parvient pas à décrire les propriétés dynamiques du méthane dans des hôtes poreux présentant à la fois des micro- et des mésopores. Nous prouvons en outre que cette théorie est limitée aux structures dont le diamètre des pores est inférieur à ∼ 3 nm. Nous proposons ensuite une méthode simple de mise à l’échelle basée sur la fraction volumique des micro et mésopores afin de prédire les coefficients de diffusion. Cette méthode ne nécessite que la connaissance (i) de la fraction de volume microporeux de l’hôte et (ii) du coefficient d’autodiffusion dans les micropores inférieurs à 3 nm, qui peuvent être obtenus en utilisant la « théorie du volume libre », des expériences de diffusion quasi-élastique des neutrons ou des simulations atomistiques.

Mots clés: Diffusion Moléculaire, Kérogène, Méthane, équation de Green-Kubo, Dynamique Moléculaire, Tomographie Electronique

Ce travail est issu d’une collaboration entre l’unité mixte MIT/CNRS « MultiScale Material Science for Energy and Environment » au Massachusetts Institute of Technology, le Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille et TOTAL S.A. dans le cadre du projet « Science et Technologie de l’Ecoulement et de l’Adsorption pour une meilleure Récupération dans les Schistes ( FASTER-Shale) ».
ACS Applied Nano Materials 2020, 3, 7604-7610
DOI: https://dx.doi.org/10.1021/acsanm.0c01191