مقدمه

هيدرات گاز طبيعي تركيب كريستالي جامدي است كه از تركيب آب و گاز به وجود مي آيد و جزء خانواده كلاتريت ها محسوب مي شود. مولكولهاي گازي مهمان درون حفرات شبكه آب ، كه از طريق پيوند هيدروژني بين مو لكولهاي آب به وجود آمده است، گير مي افتند. نمونه بارز اين مولكولهاي گازي تركيبات كوچكتر از پنتان موجود در گاز طبيعي از قبيل متان، اتان، پروپان و كربن دي اكسيد ميباشد. هيدرات گازي مي تواند به وسيله گاز خالص يا مخلوط گازي متشكل از دو يا چند جزء تشكيل شود.كلاتريتها به عنوان يك محلول جامد تلقي مي شوند كه در آنها مولكول هاي گازي مهمان و گازهاي تشكيل دهنده هيدرا ت در تماس با شبكه ميزبان (آب) قرار مي گيرند . بنابراين هيدرات گازي جزء جامدات اين پيوند يك شبكه پليمري در آب به صورت فاز مايع تشكيل مي شود. در شكل 1-1 پيوند هيدروژني به صورت ميله هاي هاشور خورده نشان داده شده است.

پيوند هيدروژني ميان چهار مولكول آب – شكل 1-1
محققين با مطالعه ساختمان آب در حالت مايع متوجه شده اند كه حلقه هاي تشكيل شده از مولكول هاي آب ناشي از پيوند هيدروژني بسيار پايدارتر از زنجيرهاي باز با همان تعداد مولكول هستند. با مطالعات دينماميكي، پلامر و چن نشان داده اند كه اگر اين حلقه ها شامل پنج مولكول آب باشد دوازده تا از اين حلقه ها تشكيل يك 12 وجهي منتظم ر ا مي دهند كه به صورت 5 نشان داده مي شود، اين ساختمان تنها حالت پايدار مولكول آب به صورت مايع در دماي بالاتر از 230 درجه كلوين است .
متداولترين فرم آب به صورت جامد به عنوان يخ Ih شناخته ميشود كه ساختمان مولكولي آن در شكل ( 1-2 ) نشان داده شده است.

 

 

فهرست مطالب

چکیده…………………………………………………………………………………. 1
مقدمه………………………………………………………………………………. 2

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول

ساختار هيدرات بيان شده از پنج نوع حفره تشكيل شده است كه در شكل 1-3 نشان داده شده است . در سال 1984 جفری پيشنهاد كرده است كه با عبارت 〖n_i〗^(m^i ) ساختار يك چند وجهي توصيف شود . بدين ترتيب كه براي يك چند وجهي ، ni تعداد يال هاي نوع i یک وجه و mi تعداد وجه هاي نوع i می باشد بنابراين حفره 12 وجهی که در شکل a-3-1 نشان داده شده است با 5^12 معرفي مي شود . زيرا از 12 وجه پنج ضلعي تشكيل شده است. به همين ترتيب حفره چهارده وجهي در شكل b-3-1 از دوازده پنج ضلعي و دو شش ضلعي تشكيل شده است و به صورت 6^2 5^12 نشان داده مي شود. همچنين در شكل c-3-1 به صورت 6^4 5^12 نشان داده ميشود ، زيرا متشكل از چهار شش ضلعي و دوازده پنج ضلعي است.

دوازده وجهي با سطوح پنج ضلعي(5^12 ) :
اين حفره كه در شكل a-3-1 نشان داده شده است، به عنوان زيربناي هر سه نوع ساختاركريستالي هيدرات وجود دارد و حفرات نوع كوچك را در هر سه ساختار ايجاد مي كند. هنگامي كه دوازده پنج ضلعي با هم تركيب مي شوند، حفره 5^12 حاصل ميشود. بيست مولكول آب با سي پيوند اين حفره را ايجاد مينمايند. اين حفره و همچنين ساير حفرات كه در ادامه تشريح خواهند شد در قاعده اولربراي چند وجهي هاي منتظم ، صدق می کنند .
قاعده اولر براي جند وجهيها به صورت زير بيان ميشود:
F+V=E+2
تعداد وجوهF:
V:) تعداد گوشه ها (اتم ها
E: تعداد اضلاع (پيوندها)
چهارده وجهي (6^2 5^12) :
اين حفره در شكل b-3-1 و شکل 4-1 نشان داده شده است . اين حفر ه در قاعده اولر صدق مي نمايد و داراي چهارده وجه، بيست و چهار رأس و سي و شش يال يا پيوند مي باشد. شكل 4-1 نشان ميدهد كه اين حفره چهارده وجهي از تر كيب دو وجه شش ضلعي و دوازده وجه پنج ضلعي به وجود مي آيد. هر شش ضلعي بهپنج شش ضلعي متصل است كه روي اضلاع آن قرار ميگيرند و حفره6^2 5^12 تشکیل می شود .

دوازده وجهي با سطوح پنج ضلعي

دوازده وجهي با سطوح پنج ضلعي

حفرات تشكيل دهنده هيدرات………………………………………………………..5
دوازده وجهي با سطوح پنج ضلعي……………………………………………….. 6
چهارده وجهي……………………………………………………………………… 6
شانزده وجهي……………………………………………………………………… 7
رفتار فازی تشکیل هیدرات ……………………………………………………: 12
فرآیند تشکیل و تجزیه هیدرات :………………………………………………. 15
شرايط تشكيل هيدرات و ويژگي عمومي مولكولهاي مهمان ……………..: 18
طبيعت شيميايي مولكولهاي مهمان ……………………………………….: 19
بررسي هندسي مولكولهاي مهمان ……………………………………….: 19
هيدرات به عنوان معضلي در صنعت نفت و گاز…………………………… : 20
فوايد هيدرات گازي :………………………………………………………… 21

فصل دوم

مقدمه :
در سال هاي اخير سهم گاز طبيعي در بازارهاي مصرف انرژي جهان افزايش يافته است . در سال 1989 گازطبيعي جايگزين ذغا ل سنگ شده و به عنوان بزرگترين منبع انرژي پس از نفت در آمريكا شناخته شد. گاز طبيعي نسبت به ذغا ل سنگ سوخت تميزتري مي باشد، بدين معني كه كربن مونوكسيد و سولفور اكسيد كمتري در محصولات احتراق توليد مي نمايد. همچنين نسبت به ساير سوخت ها ارزانتر مي باشد . مؤسسه تحقيقات گازي آمريكا پيش بيني كرده است كه سهم گاز طبيعي در مصرف انرژي كل آمريكا از % 24 در سال 1997 به % 28 در سال 2015 خواهد رسيد. به بيان ديگر در سال 1997 ميزان گاز مصرفي در نيروگاههاي توليد برق در آمريكا 3/3 trillion cubic feet بوده است. ميزان مصرف گاز هر سال حدود % 2 افزايش مييابد، بنابراين پيش بيني مي شود كه در سال 2015 اين مقدار به 7/3 tcf برسد .به دنبال افزايش مصرف گاز جستجو براي يافتن رو ش هايي كه بتواند چنين سوختي را تأمين نمايد بسيار حائز اهميت است .اما با وجود افزايش تقاضاي گاز طبيعي در بازارهاي مصرف جهاني استفاده از آن به دليل وجود برخيمشكلات محدود مي باشد. براي مثال انتقال گاز در حال حاضر تنها از طريق خطوط لوله و يا روش بسيار گرانقيمت LNG به صورت صنعتي در دنيا صورت مي گيرد. به همين دليل استفاده از اين سوخت براي نيروگاههامعمولاً از نظر اقتصادي و امنيتي مقرون به صرفه نيست . در حاضر روش هايي كه براي انتقال گاز در زمان اوج مصرف در نيروگاه ها مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از :
1- مخازن گازي تهي شده
2- حفره زير زميني نمكي
3- حوزه آبي زير زميني
4- گاز طبيعي مايع شده .
بر اساس گزارش مؤسسه تحقيقات گا زي آمريكا ، 74/2 % گاز مورد نياز براي نيروگاه ها توسط مخازن گازي تهي شده ، 10/3 % توسط حفره زيرزميني نمكي، 9/4 % توسط حوزه آبي زير زميني و 6/1 % از طریق روش LNG تامین می شود .روشهاي نامبرده روشهايي هستند كه تاكنون در جهان در مقياس صنعتي مورد استفاده قرار گرفته اند روشهايي ديگري نيز امروزه مطرح شده اند كه از جمله معروفترين آنها مي توان به CNG , ANG , GTL اشاره نمود . تمام اين روش ها داراي محاسن و معايبي مي باشند كه سبب گسترش و يا عدم استفاده از آن ها شده است . براي مثال در روش CNG هزينه كمپرس ك ردن گاز بسيار بالا بوده و به دليل وجود فشار بسيار بالا در اين فرآيند مخازن و لوله بايد بسيار ضخيم ساخته شوند كه اين نيز مستلزم صرف هزينه بسيار ميباشد. در روش LNG هزينه مايع سازي گاز بالا است و تجهيزات خاص گران قيمت و حجيمي مورد نياز مي باشد. روش ANG به خصوصيات ماده جاذب بسيار بستگي دارد و در نهايت روش GtL براي انتقال حجم بالاي گاز مناسب نيست و همچنين در اين زمينه نياز به تكنولوژي بسيار پيشرفته وجود دارد .براي رفع نيازهاي موجود، جستجو براي يافتن روش هايي جهت حمل گاز طبيعي تداوم يافت و بيشتر روشهايي مورد توجه بوده است كه ظرفيت ذخيره سازي در آنها بالا و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه تر و حمل و نقل آن ها آسانتر باشد . يكي از اين روش ها كه امروزه بسيار مورد توجه گرفته است، روش NGH یا همان حمل گاز توسط هيدرات مي باشد. اما استفاده از هيدرات نيز مشكلات مربوط به خود را دارد . اين مشكلات سبب شده است تاكنون اين روش در صنعت مورد استفاده قرار نگيرد .Englezos نشان داده است كه در يك سيستم ساكن تشكيل هيدرات تنها 1/4% – 14% آب موجود در سيستم صرف تشكيل شبكه هيدرات مي شود و با همديگر پيوند هيدروژني برقرار مي كند، بقيه آب موجود در سيستم به درون حفرات نفوذ كرده و فضاي بين حفرات را اشغال مي نمايد. در نتيجه بيشتر فضاي موجود در سيستم توسط آب پر ميشود، اگر از هيدرات براي انتقال گاز استفاده شود، نياز به تجهيزات بزرگي است كه تنها درصد كمي از آن به صورت مفيد توسط گاز اشغال شده است .Zhong & Rogers بيان نموده اند كه هيدرات گازي داراي اين خاصيت منحصر به فرد مي باشد كه مي تواند در حدود 180 برا بر حجم خود گاز در خود جاي دهد . نتنها اين ظرفيت ذخيره سازي بالا سبب توجه به اين پديده در صنعت شده است بلكه استفاده از آن به دليل داشتن محاسن زير نيز مورد توجه قرار مي گيرد :
1- خروج آهسته گاز از هيدرات 2- محبوس شدن گازهاي آتش زا درون يخ و 3- فشار ذخيره ساز ي پايين آن با اين وجود از هيدرات گازي در صنعت به دليل وجود سه مشكل زير تاكنون استفاده نشده است : 1- سرعتتشكيل هيدراتبراي مصارف صنعتي به صورت نسبي كند است، 2- جداسازي و بسته بندي كردن ذراتهيدرات براي حمل دشوار است و 3- مقدار آب درون شبكه اي واكنش نداده ك ه درصد زيادي از حجم داخلشبكه هيدرات را اشغال مينمايد. علاوه بر مشكلات فوق Sun et al بيان كرده اند كه استفاده از اين روش در صنعت به دليل اينكه ظرفيت ذخيره سازي آن در شرايط صنعتي به صورت دقيق بيان نشده است و قابل اعتماد نيست . همچنين هزينه عملياتي فرآيند در مقياس صنعتي به صورت دقيق محاسبه و بيان نشده است تا امكان سنجي آن از نظر اقتصادي تعيين شود.

8

8

بهبود شرايط تشكيل هيدرات گازي………………………………………… 23
مواد بهبود دهنده هیدرات …………………………………………………..: 25
مواد فعال سطحی………………………………………………………….. : 26
تشکیل مایسل توسط مواد فعال سطحی………………………………. : 27
هیدروتروپ ها :……………………………………………………………….. 30
اثر مواد بهبود دهنده بر فرآيند تشكيل هيدرات …………………………….: 33
مکانیزم تاثیر گذاری مواد بهبود دهنده ………………………………………: 34

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل سوم

پديده تشكيل هيدرات گاز طبيعي در بخش هاي مختلف صنايع نفت و گاز در فرآيندهاي پايين دستي موجب توقف و يا كاهش توليد فرآورده ها مي شود. به اين علت اطلاعات زيادي در مورد چگونگي پيدايش و شرايط تشكيل آن در دست است . اما چون تاكنون مسئله توليد آن در بخش صنعت مورد توجه نبوده است، در زمينه بهبود تشكيل آن مطالعه كمتري صورت گرفته است . اما بروز افكار جديد در مورد انتقال گاز طبيعي به صورت هيدرات در راستاي كاهش هزينه، افزايش حجم گاز منتقل شده و شرا يط ترموديناميكي مناسب توليد آن نسبت به ساير روشها از قبيل LNG و CNG باعث شده است كه اخيراً مطالعات بيشتري در اين زمينه صورت بگیرد.
در اين تحقيق سعي شده است با توجه به اهميت روش جديد انتقال گاز به روش هيدرات آشنايي بيشتر با پديده هيدرات از نظر نوع و خواص ساختماني ايجاد گردد . سپس در زمينه ترموديناميك توليد هيدرات و بهبود آن كه به صورت عملي قابل اجرا باشد، مطالعه صورت گيرد.

نتيجه گيري و پيشنهادها……………………………………………………… 39
منابع و مآخذ :………………………………………………………………….. 40
منابع لاتین……………………………………………………………………… 41

 



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان