مقدمه

هیدرات گاز طبیعی ترکیب کریستالی جامدی است که از ترکیب آب و گاز به وجود می آید و جزء خانواده کلاتریت ها محسوب می شود. مولکولهای گازی مهمان درون حفرات شبکه آب ، که از طریق پیوند هیدروژنی بین مو لکولهای آب به وجود آمده است، گیر می افتند. نمونه بارز این مولکولهای گازی ترکیبات کوچکتر از پنتان موجود در گاز طبیعی از قبیل متان، اتان، پروپان و کربن دی اکسید میباشد. هیدرات گازی می تواند به وسیله گاز خالص یا مخلوط گازی متشکل از دو یا چند جزء تشکیل شود.کلاتریتها به عنوان یک محلول جامد تلقی می شوند که در آنها مولکول های گازی مهمان و گازهای تشکیل دهنده هیدرا ت در تماس با شبکه میزبان (آب) قرار می گیرند . بنابراین هیدرات گازی جزء جامدات این پیوند یک شبکه پلیمری در آب به صورت فاز مایع تشکیل می شود. در شکل 1-1 پیوند هیدروژنی به صورت میله های هاشور خورده نشان داده شده است.

پیوند هیدروژنی میان چهار مولکول آب – شکل 1-1
محققین با مطالعه ساختمان آب در حالت مایع متوجه شده اند که حلقه های تشکیل شده از مولکول های آب ناشی از پیوند هیدروژنی بسیار پایدارتر از زنجیرهای باز با همان تعداد مولکول هستند. با مطالعات دینمامیکی، پلامر و چن نشان داده اند که اگر این حلقه ها شامل پنج مولکول آب باشد دوازده تا از این حلقه ها تشکیل یک 12 وجهی منتظم ر ا می دهند که به صورت 5 نشان داده می شود، این ساختمان تنها حالت پایدار مولکول آب به صورت مایع در دمای بالاتر از 230 درجه کلوین است .
متداولترین فرم آب به صورت جامد به عنوان یخ Ih شناخته میشود که ساختمان مولکولی آن در شکل ( 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 هیدرات بیان شده از پنج نوع حفره تشکیل شده است که در شکل 1-3 نشان داده شده است . در سال 1984 جفری پیشنهاد کرده است که با عبارت 〖n_i〗^(m^i ) ساختار یک چند وجهی توصیف شود . بدین ترتیب که برای یک چند وجهی ، ni تعداد یال های نوع i یک وجه و mi تعداد وجه های نوع i می باشد بنابراین حفره 12 وجهی که در شکل a-3-1 نشان داده شده است با 5^12 معرفی می شود . زیرا از 12 وجه پنج ضلعی تشکیل شده است. به همین ترتیب حفره چهارده وجهی در شکل b-3-1 از دوازده پنج ضلعی و دو شش ضلعی تشکیل شده است و به صورت 6^2 5^12 نشان داده می شود. همچنین در شکل c-3-1 به صورت 6^4 5^12 نشان داده میشود ، زیرا متشکل از چهار شش ضلعی و دوازده پنج ضلعی است.

دوازده وجهی با سطوح پنج ضلعی(5^12 ) :
این حفره که در شکل a-3-1 نشان داده شده است، به عنوان زیربنای هر سه نوع ساختارکریستالی هیدرات وجود دارد و حفرات نوع کوچک را در هر سه ساختار ایجاد می کند. هنگامی که دوازده پنج ضلعی با هم ترکیب می شوند، حفره 5^12 حاصل میشود. بیست مولکول آب با سی پیوند این حفره را ایجاد مینمایند. این حفره و همچنین سایر حفرات که در ادامه تشریح خواهند شد در قاعده اولربرای چند وجهی های منتظم ، صدق می کنند .
قاعده اولر برای جند وجهیها به صورت زیر بیان میشود:
F+V=E+2
تعداد وجوهF:
V:) تعداد گوشه ها (اتم ها
E: تعداد اضلاع (پیوندها)
چهارده وجهی (6^2 5^12) :
این حفره در شکل b-3-1 و شکل 4-1 نشان داده شده است . این حفر ه در قاعده اولر صدق می نماید و دارای چهارده وجه، بیست و چهار رأس و سی و شش یال یا پیوند می باشد. شکل 4-1 نشان میدهد که این حفره چهارده وجهی از تر کیب دو وجه شش ضلعی و دوازده وجه پنج ضلعی به وجود می آید. هر شش ضلعی بهپنج شش ضلعی متصل است که روی اضلاع آن قرار میگیرند و حفره6^2 5^12 تشکیل می شود .

دوازده وجهی با سطوح پنج ضلعی

دوازده وجهی با سطوح پنج ضلعی

حفرات تشکیل دهنده هیدرات………………………………………………………..5
دوازده وجهی با سطوح پنج ضلعی……………………………………………….. 6
چهارده وجهی……………………………………………………………………… 6
شانزده وجهی……………………………………………………………………… 7
رفتار فازی تشکیل هیدرات ……………………………………………………: 12
فرآیند تشکیل و تجزیه هیدرات :………………………………………………. 15
شرایط تشکیل هیدرات و ویژگی عمومی مولکولهای مهمان ……………..: 18
طبیعت شیمیایی مولکولهای مهمان ……………………………………….: 19
بررسی هندسی مولکولهای مهمان ……………………………………….: 19
هیدرات به عنوان معضلی در صنعت نفت و گاز…………………………… : 20
فواید هیدرات گازی :………………………………………………………… 21

فصل دوم

مقدمه :
در سال های اخیر سهم گاز طبیعی در بازارهای مصرف انرژی جهان افزایش یافته است . در سال 1989 گازطبیعی جایگزین ذغا ل سنگ شده و به عنوان بزرگترین منبع انرژی پس از نفت در آمریکا شناخته شد. گاز طبیعی نسبت به ذغا ل سنگ سوخت تمیزتری می باشد، بدین معنی که کربن مونوکسید و سولفور اکسید کمتری در محصولات احتراق تولید می نماید. همچنین نسبت به سایر سوخت ها ارزانتر می باشد . مؤسسه تحقیقات گازی آمریکا پیش بینی کرده است که سهم گاز طبیعی در مصرف انرژی کل آمریکا از % 24 در سال 1997 به % 28 در سال 2015 خواهد رسید. به بیان دیگر در سال 1997 میزان گاز مصرفی در نیروگاههای تولید برق در آمریکا 3/3 trillion cubic feet بوده است. میزان مصرف گاز هر سال حدود % 2 افزایش مییابد، بنابراین پیش بینی می شود که در سال 2015 این مقدار به 7/3 tcf برسد .به دنبال افزایش مصرف گاز جستجو برای یافتن رو ش هایی که بتواند چنین سوختی را تأمین نماید بسیار حائز اهمیت است .اما با وجود افزایش تقاضای گاز طبیعی در بازارهای مصرف جهانی استفاده از آن به دلیل وجود برخیمشکلات محدود می باشد. برای مثال انتقال گاز در حال حاضر تنها از طریق خطوط لوله و یا روش بسیار گرانقیمت LNG به صورت صنعتی در دنیا صورت می گیرد. به همین دلیل استفاده از این سوخت برای نیروگاههامعمولاً از نظر اقتصادی و امنیتی مقرون به صرفه نیست . در حاضر روش هایی که برای انتقال گاز در زمان اوج مصرف در نیروگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از :
1- مخازن گازی تهی شده
2- حفره زیر زمینی نمکی
3- حوزه آبی زیر زمینی
4- گاز طبیعی مایع شده .
بر اساس گزارش مؤسسه تحقیقات گا زی آمریکا ، 74/2 % گاز مورد نیاز برای نیروگاه ها توسط مخازن گازی تهی شده ، 10/3 % توسط حفره زیرزمینی نمکی، 9/4 % توسط حوزه آبی زیر زمینی و 6/1 % از طریق روش LNG تامین می شود .روشهای نامبرده روشهایی هستند که تاکنون در جهان در مقیاس صنعتی مورد استفاده قرار گرفته اند روشهایی دیگری نیز امروزه مطرح شده اند که از جمله معروفترین آنها می توان به CNG , ANG , GTL اشاره نمود . تمام این روش ها دارای محاسن و معایبی می باشند که سبب گسترش و یا عدم استفاده از آن ها شده است . برای مثال در روش CNG هزینه کمپرس ک ردن گاز بسیار بالا بوده و به دلیل وجود فشار بسیار بالا در این فرآیند مخازن و لوله باید بسیار ضخیم ساخته شوند که این نیز مستلزم صرف هزینه بسیار میباشد. در روش LNG هزینه مایع سازی گاز بالا است و تجهیزات خاص گران قیمت و حجیمی مورد نیاز می باشد. روش ANG به خصوصیات ماده جاذب بسیار بستگی دارد و در نهایت روش GtL برای انتقال حجم بالای گاز مناسب نیست و همچنین در این زمینه نیاز به تکنولوژی بسیار پیشرفته وجود دارد .برای رفع نیازهای موجود، جستجو برای یافتن روش هایی جهت حمل گاز طبیعی تداوم یافت و بیشتر روشهایی مورد توجه بوده است که ظرفیت ذخیره سازی در آنها بالا و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر و حمل و نقل آن ها آسانتر باشد . یکی از این روش ها که امروزه بسیار مورد توجه گرفته است، روش NGH یا همان حمل گاز توسط هیدرات می باشد. اما استفاده از هیدرات نیز مشکلات مربوط به خود را دارد . این مشکلات سبب شده است تاکنون این روش در صنعت مورد استفاده قرار نگیرد .Englezos نشان داده است که در یک سیستم ساکن تشکیل هیدرات تنها 1/4% – 14% آب موجود در سیستم صرف تشکیل شبکه هیدرات می شود و با همدیگر پیوند هیدروژنی برقرار می کند، بقیه آب موجود در سیستم به درون حفرات نفوذ کرده و فضای بین حفرات را اشغال می نماید. در نتیجه بیشتر فضای موجود در سیستم توسط آب پر میشود، اگر از هیدرات برای انتقال گاز استفاده شود، نیاز به تجهیزات بزرگی است که تنها درصد کمی از آن به صورت مفید توسط گاز اشغال شده است .Zhong & Rogers بیان نموده اند که هیدرات گازی دارای این خاصیت منحصر به فرد می باشد که می تواند در حدود 180 برا بر حجم خود گاز در خود جای دهد . نتنها این ظرفیت ذخیره سازی بالا سبب توجه به این پدیده در صنعت شده است بلکه استفاده از آن به دلیل داشتن محاسن زیر نیز مورد توجه قرار می گیرد :
1- خروج آهسته گاز از هیدرات 2- محبوس شدن گازهای آتش زا درون یخ و 3- فشار ذخیره ساز ی پایین آن با این وجود از هیدرات گازی در صنعت به دلیل وجود سه مشکل زیر تاکنون استفاده نشده است : 1- سرعتتشکیل هیدراتبرای مصارف صنعتی به صورت نسبی کند است، 2- جداسازی و بسته بندی کردن ذراتهیدرات برای حمل دشوار است و 3- مقدار آب درون شبکه ای واکنش نداده ک ه درصد زیادی از حجم داخلشبکه هیدرات را اشغال مینماید. علاوه بر مشکلات فوق Sun et al بیان کرده اند که استفاده از این روش در صنعت به دلیل اینکه ظرفیت ذخیره سازی آن در شرایط صنعتی به صورت دقیق بیان نشده است و قابل اعتماد نیست . همچنین هزینه عملیاتی فرآیند در مقیاس صنعتی به صورت دقیق محاسبه و بیان نشده است تا امکان سنجی آن از نظر اقتصادی تعیین شود.

8

8

بهبود شرایط تشکیل هیدرات گازی………………………………………… 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 فرآیند تشکیل هیدرات …………………………….: 33
مکانیزم تاثیر گذاری مواد بهبود دهنده ………………………………………: 34

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

فصل سوم

پدیده تشکیل هیدرات گاز طبیعی در بخش های مختلف صنایع نفت و گاز در فرآیندهای پایین دستی موجب توقف و یا کاهش تولید فرآورده ها می شود. به این علت اطلاعات زیادی در مورد چگونگی پیدایش و شرایط تشکیل آن در دست است . اما چون تاکنون مسئله تولید آن در بخش صنعت مورد توجه نبوده است، در زمینه بهبود تشکیل آن مطالعه کمتری صورت گرفته است . اما بروز افکار جدید در مورد انتقال گاز طبیعی به صورت هیدرات در راستای کاهش هزینه، افزایش حجم گاز منتقل شده و شرا یط ترمودینامیکی مناسب تولید آن نسبت به سایر روشها از قبیل LNG و CNG باعث شده است که اخیراً مطالعات بیشتری در این زمینه صورت بگیرد.
در این تحقیق سعی شده است با توجه به اهمیت روش جدید انتقال گاز به روش هیدرات آشنایی بیشتر با پدیده هیدرات از نظر نوع و خواص ساختمانی ایجاد گردد . سپس در زمینه ترمودینامیک تولید هیدرات و بهبود آن که به صورت عملی قابل اجرا باشد، مطالعه صورت گیرد.

نتیجه گیری و پیشنهادها……………………………………………………… 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