پروژه بررسی اثر افزودنی های سنتیکی به هیدرات گاز طبیعی

اختصاصی از حامی فایل پروژه بررسی اثر افزودنی های سنتیکی به هیدرات گاز طبیعی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:78

فهرست مطالب:
عنوان                                              صفحه

فصل اول:
        مقدمه                                     1
فصل دوم:
        هیدرات                                 2
فصل سوم:
        نیرو محرکه برای تشکیل هیدرات                     23
فصل چهارم:
        استفاده از هیدرات برای ذخیره سازی و انتقال گاز             57
فصل پنجم:
        نتایج                                     77

منابع                                             78

فصل اول: مقدمه
به علت دما و فشار لایه های زیر زمینی در اعماق زمین منابع هیدروکربونی فراوانی به صورت هیدرات موجود است.هیدرات های اعماق زمین به عنوان منابع انرژی آینده مورد مطالعه قرار گرفته اند. این حجم زیاد ذخیره شده به این دلیل است که یک حجم واحد از هیدرات متان 184مرتبه بیشتر از همان حجم گاز، متان دارد. تخمینهای انجام شده برای تعیین میزان ذخایر گاز طبیعی به شکل هیدرات، ارقام بسیار بزرگی را نشان می‌دهد. امروزه هیدرات به عنوان یک منبع انرژی مهم جهت جایگزینی سوختهای دیگر مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. تحقیقات اخیر بیشتر بر روی کاربرد هیدرات متمرکز شده اند. اخیراً هیدرات به عنوان یک منبع ذخیره گاز طبیعی و یک راه مناسب و مطمئن برای انتقال گاز طبیعی در نظر گرفته می شود. ولی، قسمت اعظم هزینه فرآیند انتقال گاز توسط هیدرات مربوط به تولید هیدرات است. فشار بالای تشکیل هیدرات و سرعت پایین آن از مشکلاتی است که صنعتی شدن این فرآیند را با مشکل مواجه کرده است. همچنین افزایش پایداری هیدرات تشکیل شده جهت ذخیره سازی و انتقال آن از دغدغه های محققین بوده است. در چند سال اخیر ایده استفاده از مواد افزودنی جهت تسریع تشکیل هیدرات و افزایش پایداری آن مطرح شده است.

2-1- مقدمه هیدرات
هیدرات ها بخشی از کلاتریتهای جامد شناخته شده هستند. آنها ذرات کریستالی غیر استوکیومتری هستند و زمانی که پیوند هیدروژنی مولکول های آب فضاهایی را تشکیل می دهند که بتوانند توسط مولکول های مهمان پر شود، پدید می آیند. مولکول هایی که می توانند این فضاها را پر نمایند می توان از هیدروکربن های سبک، دی اکسید کربن، آرگون، کریپتون و زنون نام بردگاز طبیعی و نفت خام بطور طبیعی در مخازن زیرزمینی با آب در تماس می‌باشند. همانطو که ذکر شد، مولکولهای آب بخاطر داشتن پیوندهای هیدروژنی قوی، با بوجود آوردن حفره هایی، تشکیل ساختمان شبه شبکه ای را می‌دهد. این ساختمان شبه شبکه ای که بعنوان شبکه هیدرات خالی شناخته می‌شود، ناپایدار بوده، ولی در حضور اجزاء گاز طبیعی با قطرهای مولکولی کوچکتر از قطر حفره ها می‌تواند به یک ساختمان پایدار تبدیل شود. این ماده کریستالی شبه یخ بعنوان هیدرات گاز طبیعی شناخته می‌شود [7-1]. هیدارتهای گازی، ترکیباتی کریستالی جامد است که شبیه برف یا یخ سست بوده و فرمول عمومی آنها بصورت nG+mH2O می باشد که n تعداد مولکول های گازH  و m تعداد مولکول های آب است. نسبت m/n که به عدد هیدرات معروف است نشان دهنده تعداد مولکول های آب به ازای هر حفره از هیدرات می باشد.بر خلاف هیدرات نمک ها که دارای ترکیب و استوکیومتری مشخص هستند، هیدرات گازی جامد غیر استوکیومتری است و بسته به شرایط تشکیل، ترکیب آن متفاوت است. این امر به این دلیل است که در شرایط مختلف دما و فشار و ترکیب گاز، تعداد حفره هایی که توسط گاز اشغال می شوند، متفاوت می باشند. نشان داده شده است که حفره های بزرگ بیش از 95 درصد و حفره های کوچک حدود 50 درصد اشغال می شوند[2]. بعنوان مثال فرمول عمومی هیدرات متان بصورت 8G+46H2O است یعنی 46 مولکول آب  می توانند 8 حفره را بوجود آورند. بنابراین در این نوع هیدرات عدد هیدرات 75/5 می باشد[8]. در مجموعه ای از فرآیندهای موجود در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی پدیده تشکیل هیدارتهای هیدروکربن ممکن است بوجود آید که می‌تواند باعث گرفتگی خطوط لوله و دستگاه ها شده و سبب عوارضی چون انفجار در پشت شیرهای کنترل ‌گردد. وجود بخار آب در گاز طبیعی همواره منبع مزاحمت در صنعت گاز طبیعی در اندازه گیری و انتقال گاز بوده است و یکی از مشکلات عمده، قطع سرویس بخاطر مایع شدن و سرانجام انجماد آب در سیستم می‌باشد. ماده جامدی که در خط لوله جمع گشته و در ظاهر شبیه برفک می باشد، در اثر حرکت گاز در خط لوله، در نقاط پست و کوتاه جمع و فشرده شده و نهایتاً تمام خط لوله را مسدود می‌کند. این انجماد معمولاً در دماهای زیر صفر یا ترکیبی از دماهای پایین همراه با نوسانات فشار می‌شود رخ می‌دهد که دومی باعث میعان و تبخیر متناوب هیدروکربنهای فرارتر مثل پروپان و بوتان می‌شود. پدیده تشکیل هیدرات همیشه نامطلوب نبوده بلکه بعنوان یک روش جهت نمک زدایی و شیرین کردن آب ازآن استفاده می شود. استفاده صنعتی از هیدارتهای گازی شامل موارد زیر می‌باشد:
الف- شیرین نمودن آب دریا
ب- جدا کردن گاز دو جزئی یا چند جزئی و مخلوطهای مایع
ج- ذخیره سازی گازها
در این موارد می توان به مباحث Desalination و مرجع P.DHOLABHAI مراجعه نمود[9].اصولاً دماهای پائین و فشارهای نسبتاً بالا در تشکیل هیدراتها سهم قابل ملاحظه ای دارند و برای تشکیل هیدراتها مناسبند. هیدارتهای تشکیل شده از مولکول گاز های دی اکسید کربن، سولفید هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن شامل آلکانهای سبک گاز طبیعی نظیر متان، اتان، پروپان و ایزوبوتان نیز می‌باشند.
تشکیل هیدرات گازی در خطوط لوله گاز طبیعی بستگی به فشار، دما و ترکیب مخلوط بخار آب-گاز دارد و بعد از اینکه این شرایط کامل شد، تشکیل هیدراتها توسط سرعتهای بالای جریان گاز، نوسانات فشار یا تلقیح یک کریستال کوچک هیدرات، سریعتر می‌شود. در شرایط تعادلی هیدراتها، بخاطر پائین بودن فشارشان، آب بیشتری از فاز بخار خارج می‌شود[2]. نقطه ذوب هیدارتهای ترکیب شده در مخلوط گاز طبیعی بستگی به فشار دارد و در فشار Psia 110 از حدود  34 تا حدود  60 در فشار Psia 800 تغییر می‌کند. همچنین هیدارتهای دیگری که تحت عنوان هیدارتهای دوگانه نامیده می شوند، مورد بررسی قرار گرفته‌اند. این هیدراتها در واقع حالت خاصی از هیدرات های ترکیبی هستند. هنگامیکه یک ماده تشکیل دهنده هیدرات بصورت یک گاز منفرد نباشد، بلکه بصورت مخلوطی از گازها یا مایعات آلی فرار باشد، هیدراتی که تشکیل می گردد بصورت یک محلول بوده که ترکیب آن در طی ذوب تغییر می نماید. هیدارتهای گازی در جائیکه ترکیبات گازی ذکر شده، در دماهای زیر  35 در تماس با آب قرار گیرند، ممکن است تشکیل شوند. بنابراین ضروری بنظر می رسد که شرایط تشکیل هیدرات هنگام طراحی واحدهای جداسازی و خطوط لوله برای استفاده در صنعت نفت و گاز مورد ملاحظه و مطالعه قرار گیرند. هیدرات های اعماق زمین به عنوان منابع انرژی آینده مورد مطالعه قرار گرفته اند. به علت دما و فشار لایه های زیر زمینی در اعماق زمین منابع هیدروکربوری فراوانی به صورت هیدرات موجود است. این حجم زیاد ذخیره شده به این دلیل است که یک حجم واحد از هیدرات متان 184مرتبه بیشتر از همان حجم گاز، متان دارد. تخمینهای انجام شده برای تعیین میزان ذخایر گاز طبیعی به شکل هیدرات، ارقام بزرگ و در عین حال غیرقطعی را نشان می‌دهد. امروزه هیدرات به عنوان یک منبع انرژی مهم جهت جایگزینی سوختهای دیگر و همچنین به عنوان یک روش برای حمل‌ونقل آسانتر و ارزانتر گاز طبیعی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. حجم ذخایر هیدرات گازی در لایه های زمین 1024/1تا 1044/3 تریلیون متر مکعب و در اعماق اقیانوسها 1031/3  تا 1066/7  تریلیون متر مکعب تخیمن شده است[10]. ین ذخیره انرژی حداقل دو برابر میزان سوخت های فسیلی احتراق پذیر در روی زمین را در خود نگه داشته است[13-11]. چگونگی استخراج گاز طبیعی از این میادین بصورت ایمن و اقتصادی، نیازمند داشتن آگاهی های ترمودینامیکی و سینتیک تشکیل و تجزیه هیدرات است. تمامی روشهای مشهور تجزیه هیدرات بر اساس تغییر و انتقال تعادل ترمودینامیکی در سیستم سه فازی (آب- هیدرات-گاز) استوار است[2].
1- افزایش دمای سیستم به دمای بالاتر از نقطه تشکیل هیدرات در یک فشار معین.
2- کاهش فشار سیستم به فشار پایینتر از فشار تشکیل هیدرات در یک دمای معین.