مزاياي استفاده از هيدرات هاي گازي در صنعت نفت و گاز
مقدمه: هیدراتهای گازی در داخل رسوبات متخلخل (ماسه، سیلت ماسه ای، گراول) موجود در کف دریاها تشکیل می شوند. این هیدراتها در سیالات موجود در فضای بین دانه ای رسوبات عهد حاضر شکل می گیرند.
هيدرات گازي در دما و فشار محيط رسوبات كف اقيانوس‌ها و در مناطق با عمق بيش از 500 متر تشكيل ميشود. در اين فشار و در دماهايي بالاتر از دماي پايدار يخ، هيدرات گازي كاملاً پايدار است. همچنين در مناطق دايماً منجمد قطبي، اين ماده به صورت تركيب با يخهاي محيط، به مقدار زيادي يافت ميشود.
هيدراتهاي گازي حاوي مقادير بسيار زيادي از گاز هستند، به طوريكه از آنها با عنوان "عصاره گاز" نام برده ميشود. متلاشي‌شدن يك حجم از هيدرات متان در فشار يك اتمسفر، حدود 160 حجم گاز متان توليد ميكند. يك تخمين محافظه‌كارانه، نشان ميدهد كه مقدار متان موجود در هيدراتهاي گازي كشف شده در جهان، حاوي حدود 100 گيگاتن كربن است كه اين مقدار تقريباً دو برابر مقدار كل كربن موجود در سوخت‌هاي فسيلي در كرة زمين است.
برای تشکیل آنها به وجود آمدن حالت فوق اشباعی هیدروکربن های گازی امری ضروری است. معمولا این شرایط داخل رسوبات در دماهای پایین (2- تا 18) درجه سانتی گراد و فشارهای بالا تشکیل می شوند.
هیدراتهای گازی به عنوان منبع عظیم انرژی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یک حجم از هیدرات گازی متان در فشار 26 اتمسفر و صفر درجه سانتیگراد حاوی 164 حجم گاز متان می باشد.
اولین و مهمترین دلیل مطالعه این ماده در دنیا پتانسیل بالای آن به عنوان یکی از منابع انرژی گازی است.
در سال 1982 بخش سازمان انرژی ایالات متحده آمریکا اولین برنامه تحقیقات علمی هیدراتهای گازی را در ویرجینا آغاز کرد.
در حال حاضر کشورهای کانادا، ژاپن، هند، روسیه به صورت گسترده در حال اکتشاف ذخایر هیدراتهای گازی هستند. در کانادا و ژاپن هیدراتهای گازی در مقیاس پایلوت تبدیل به گاز طبیعی شده اند.
در کشور ما هم سازمان های متولی از جمله سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور و بویژه بخش زمین شناسی دریایی این سازمان مطالعات خود را در این زمینه آغاز کرده اند و در حال گسترش مطالعات خود هستند تا این انرژی نو را بعنوان جایگزینی برای انرژی های فناپذیر فسیلی معرفی کنند.
در مقیاس صنعتی به دلیل پاره ای از مشکلات فنی، تولید این ذخایر آغاز نشده اما به دلیل حجم بالای ذخایر این ماده حیاتی (تقریبا حدود سه برابر ذخایر فسیلی شناخته شده جهان) و سرمایه گذاری های گسترده، در آینده نزدیک چرخه فرآوری و عرضه آنها به بازار مصرف آغاز خواهد شد.
از آنجا که هیدراتهای گازي در نواحی قطبی و در لایه های رسوبی دریایی وجود دارند،میتوانند یک منبع انرژی بالقوه محسوب شوند.پیش بینیهای جهانی برای میزان گاز طبیعی موجود در لایه های هیدرات گاز از 1020/5 تا 1062/1 تریلیون فوت مکعب برای نواحی قطبی و از 1051/1 تا 1087/2 تریلیون فوت مکعب برای لایه های رسوبی اقیانوسی است.
هیدارتهای گازی اولین بار در سال 1969 در حفاریهای نفتی مرز شرقی سیبری غربی کشف شد. هیدراتهای گازی مولکول گازهای سبکی مانند متان، اتان یا دی اکسید کربن هستند که در شرایط خاصی با مولکولهای آب ترکیب شده و ماده ای به شکل یخ معمولی را تشکیل می دهد که به نام هیدرات گازی شناخته می شود..
در سالهای اخیر ، گاز طبیعی قسمت اعظم کل بازار انرژی دنیا را بخود اختصاص داده است و نقش خود را گسترش داده است . در سال 1989 گاز طبیعی جای زغال سنگ را گرفت و تبدیل به دومین منبع انرژی شد . گاز طبیعی پاکترین و تمیزترین سوخت از بین سوختهای فسیلی است و این بدان معناست که در زمان احتراق آن ، حداقل ذرات مضر ، حداقل مونواکسید کربن و حداقل اکسیدهای سولفوری تولید می شود . گاز طبیعی ارزانتر از بقیه سوختهای رقابتی است . منبع داخلی گاز طبیعی فراوان است . یک شبکه حمل و نقل لوله ای گاز طبیعی در همان مکان کار گذاشته می شود تا منابع بزرگی از گاز طبیعی در سرتاسر دنیا توزیع شود . بر اساس این واقعیتها ، گاز طبیعی نقش مهمی را در بازار انرژی دنیا بازی می کند و بازی خواهد کرد .
دلايل اهميت هيدراتهاي گازي
امروزه توجه به پديده هيدرات گازي و جنبه‌هاي مفيد و كاربردي آن، لزوم تحقيق بيشتر در زمينههاي زير را روشن مينماياند:
1- از چند دهة پيش تاكنون وجود مقادير بسيار زيادي از گاز طبيعي ذخيره‌شده در هيدراتهاي گازي موجود در بستر اقيانوس‌ها و مناطق قطبي به اثبات رسيده است. با توجه به منابع محدود سوخت‌هاي فسيلي، اكتشاف منابع هيدرات گازي به منظور بازيافت انرژي، ممكن است در آينده مورد توجه قرار گيرد.
2- قابليت زياد هيدرات گازي در ذخيرهسازي گاز طبيعي، باعث ايجاد جذابيت در خصوص استفاده از آن براي مقاصد ذخيرهسازي و حمل و نقل گاز طبيعي و ديگر گازها به عنوان رقيبي براي روشهاي مايع سازي و متراكم‌كردن ميگردد.
3- هيدرات گازي را در فرايندهاي جداسازي نيز ميتوان به كار برد. هيدراتهاي گازي فقط با تعداد محدودي از مواد قابل تشكيل است. اگر مادهاي را بخواهيم از مخلوطي، شامل مواد غير قابل‌تشكيل هيدرات جدا كنيم، استفاده از ويژگي تشكيل هيدرات به عنوان يك فرصت تلقي ميشود. به عنوان مثال ميتوان به تغليظ جريانهاي غني از آب، تهيه آب آشاميدني از آب دريا و يا جداسازي جريانهاي گاز اشاره كرد.
***مشکلاتی که مصرف گاز طبیعی را محدود می کنند :
در مصارف بزرگ گاز طبیعی برای فشارهای پیک در دستگاههای قدرتی الکتریکی ، به یک وسیله ذخیره گاز در محل احتیاج است . بنابراین صنعت گاز در توسعه بازارش با مشکلات زیر مواجه شده است :
1 ) انتخاب یک سایت ( محل ) زیر زمینی برای ذخیره سازی گاز طبیعی که بخاطر ویژگیهای زمین
شناسی محل دستگاه ، محدود می شود.
2 ) محدودیت حمل و نقل و انتقال گاز طبیعی به شبکه لوله ای یا گاز طبیعی بیش از حد آبدار.
3 ) محدودیت شدید وسایل صرفه جویی اقتصادی.
4 ) عدم وجود وسایل ایمن و اقتصادی برای ذخیره سازی در محل گاز طبیعی برای اکثر دستگاه
های قدرتی الکتریکی .
مشکلات ذخیره سازی در چند سال آینده از اهمیت خاصی برخوردار خواهد شد، چون صنعت مصرف الکتریسیته باید لزوماًً پایه خودش را گسترش بدهد . صنعت با مصرف بیشتر گاز طبیعی ، شرایط و مقررات محیطی را اجرا خواهد کرد که این از لحاظ اقتصادی هم مطلوب خواهد بود. ولی فقدان ذخیره سازی در محل گاز باعث محدودیت اکثر طرح های توسعه ای می شود .
ذخيره سازي گاز طبيعي در هيدراتها :
هیدراتهای گاز طبیعی ، یک ترکیب کریستالی از گاز طبیعی و آب هستند . مولکول های آب میزبان بواسطه اتصال هیدروژن یک ساختار شبکه ای را تشکیل می دهند . در حالیکه مولکول های گاز مهمان از طریق نیروهای " وان در والس " ( Van der woals ) در حفره های ساختار شبکه ای گیر می کنند و در دام آنها می افتند . در طی تحقیق انجام شده توسط " ماکوگان " ، یک ظرفیت گاز طبیعی در هیدراتها به اندازه 185 برابرحجم گازی در دما و فشار استاندارد هر حجم هیدراتی بدست آمد .
کشفیات اخیر در مورد وسعت هیدراتهایی که بطور طبیعی بوجود می آیند نشان می دهند که ذخیره سازی گاز طبیعی در هیدراتهای ترکیبی برای مصارف صنعتی می تواند عملی باشد و تا مدت زمان طولانی آنها می توانند محکم و با دوام باشند . ولی اگر مصارف صنعتی بالقوه لازم باشد ، از نظر اقتصادی یک پروسه عملی تشکیل ، ذخیره سازی و تجزیه گاز لازم خواهد بود .
مشكلات انتقال گاز با استفاده از هيدرات :
1 ) هزینه تبرید خنک سازی برای حفظ F 22- .
2 ) ظرفیت پایین گاز ذخیره شده (مقداری از گاز در حین یخ زدن آب هیدرات بیرون می آید و در اتمسفر ذخیره می شود ) .
3 ) سرعت پایین تشکیل هیدرات .
4 ) آب میان دانه ای واکنش نیافته که فضای ذخیره سازی را کاهش خواهد داد .
" راجر و یوی " در سال 1996 جوازی با نام " سیستم ذخیره سازی هیدرات گازی و متدی برای کاربرد سیستم ذخیره سازی هیدرات گازی در وسایل نقلیه " را کسب کردند که این اولین برنامه ای بود که نشان داد که گاز طبیعی می تواند به عنوان سوخت جایگزینی برای گازوئيل یا دیزل بصورت on-bord در هیدراتها ذخیره بشود . در این برنامه ، صفحات سوراخی در داخل یک مخزن ذخیره سازی نصب می شوند تا ناحیه ای را برای انتقال حرارت پنهانی بوجود آورند و این صفحه ها به شکلی چیدمان شده اند تا سطح آب – گاز مرتباً در حین پروسه تشکیل هیدرات تعویض بشود . در اینجا ذخیره سازی گاز در هیدراتها نه تنها برای اولین بار عملیات ذخیره سازی on-bord برای وسایل نقلیه برقی – گاز طبیعی پیشنهاد شده است بلکه طراحی سطح جدید نشان می دهد که سرعت تشکیل / تجزیه می تواند عنصر کلیدی برای عملی بودن یک متد باشد . ولی باز هم تبدیل آب خیلی کند و آهسته است که هیدراتها باید در طی این پروسه تبدیل مجزا و فشرده شوند .
هر چند چهار برنامه در طی دهه گذشته منتشر شده اند ، ولی تکنولوژی ذخیره سازی گاز در هیدرات همچنان مناسب عملیاتها و مصارف صنعتی نیست . از نظر تئوری ظرفیت بالای ذخیره سازی هیدراتهای گازی نشان داده شده است ولی مشکلات جدی وجود دارد که مانع از عملیاتهای بزرگ مقیاس می شوند . عمدتاً روند تشکيلات هیدراتی در همه پروسه های مذکور خیلی خیلی آهسته هستند و نمی توانند از نظر اقتصادی با صرفه و عملی باشند . هنوز یک وسیله مقرون به صرفه برای جمع آوری و فشرده سازی ذرات هیدرات گازی برای ذخیره سازی پیدا نشده است .
ذخیره سازی و حمل و نقل گاز طبیعی :
در هر زمانی که ممکن باشد ، گاز طبیعی در مخازن گازی تخلیه کننده ذخیره می شود و از طریق یک شبکه گسترده لوله ای در سر تا سر دنیا برای مصارف صنعتی و خانگي حمل و نقل منتقل می شود . از سال 1946 ، صنعت گاز قادر به توسعه ذخیره سازی زیر زمیني در سازه هایی به غیر از میادین گازی تخلیه شده است . مخازن ذخیره سازی آبخیز و غارهای نمک در پاسخ به بازارهای نزدیک به منطقه ذخیره سازی، تبدیل به امکانات و تسهیلات ذخیره سازی گاز شدند که در آنجا ذخیره سازی در میدان گازی تخلیه شده در دسترس نبود . ذخیره سازی گاز طبیعی آبگونه شده (LNG ) یک وسیله ذخیره سازی انعطاف پذیری محسوب می شود که از آن می توان برای انتقال مقادیر بزرگ گاز طبیعی از قاره ای به قاره دیگر استفاده کرد ولی هزینه عملیاتی و شرایط سخت و خنک سازی آن باعث محدودیت کاربردهای آن می شوند . مدتی هم است که از گاز طبیعی فشرده شده ( CNG ) برای ذخیره سازی گاز طبیعی به عنوان یک سوخت جایگزین برای وسایل نقلیه استفاده می شود که در این نوع گاز ، گاز طبیعی باید متوالیاً از3000 تا Psi 3600 فشرده بشود تا به ( vol/vol ) 6/295 – 8/259 ( متر مکعب استاندارد گاز در هر متر مکعب فضای مخزن ) ظرفیت ذخیره سازی برسد .
ذخیره سازی گاز طبیعی ، یک بخش مکمل برای زیر ساخت های لوله ای محسوب می شود . رها سازی گاز طبیعی در شبکه لوله ای، محدود به محدودیتهای فشاری و سرعتهای جریان گاز است . مصرف گاز طبیعی بشدت بصورت فصلانه ، روزانه و یا حتی ساعتی تغییر می کند . بنابراین دفعات ارسال گاز طبیعی از سایت های خیلی دور نمی تواند قادر به عرضه و رها سازی مقادیر خیلی زیاد گاز در داخل محدودیتهای فشاری و سرعت جریان حجمی لوله باشند . برای حذف مشکل در نواحی پر جمعیت دور از منبع گاز ، ابزار ذخیره سازی جدیدی لازم می شوند .
نیاز و تقاضای گاز طبیعی روز به روز در حال افزایش است . یکی از دلایل افزایش این است که بخاطر افزایش فشار در جهت کنترل آلودگی و حفاظت از محیط زیست ، دستگاههای تولید گاز طبیعی جایگزین دستگاههای تولید برق و زغال سنگ می شوند .
جستجوی متدهای جدید ذخیره سازی گاز طبیعی :
ابزار قطعی ذخیره سازی on-site ( در محل ) گاز طبیعی به روند توسعه و پیشرفت خود در آینده ی نزدیک ادامه خواهند داد ولی این ذخیره سازی همچنان قادر به پاسخگویی مشکلات در شهر های بزرگ نخواهد بود ، مگر اینکه جایگزین ها و ابزار های جدید اقتصادی مناسب و ساده ای برای ذخیره سازی گاز طبیعی معرفی بشوند . در این پروسه مصرفی ، ابزار های ذخیره سازی پرظرفیت موجود در روی زمین از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند .
1-2-4 مصارف و کاربرد های پروسه ذخیره سازی هیدرات :
اگر از نظر تجاری متدی برای ذخیره سازی گاز در هیدراتها وجود داشت ، آن متد مصارف زیادی را به دنبال خواهد داشت . وجود امکانات و تسهیلات ذخیره سازی هیدراتی گاز طبیعی برای برطرف کردن نیازهای سوختی در مناطقی مفید خواهد بود که ذخیره سازی زیر زمینی گاز عملی و امکان پذیر نباشد . ذخیره سازی در محل گاز طبیعی در هیدراتها می تواند مورد مصرف دستگاههای برقی یا سایر سیستمهای صنعتی قرار بگیرد . از چنین متدی می توان در نواحی دور دستی که امکان زیر ساخت های لوله کشی در آنها وجود ندارد ، استفاده کرد . گاز طبیعی تولید شده در طی فرایند تولید نفت در اعماق اقیانوس را می توان ذخیره کرد و آن را به هیدراتهای موجود در ساحل منتقل کرد . ذخیره سازی گاز طبیعی در هیدرات ( On-board ) برای وسایل نقلیه برقی – گاز طبیعی نیز امکان پذیر است و آن می تواند جایگزینی برای گازوئیل یا بنزین و سوختهای دیزلی محسوب بشود .
بخاطر افزايش تقاضاي گاز طبيعي در جهان نياز به انتقال آن از ميدان هاي گازي تا محل هاي مصرف بيش از پيش احساس مي شود. امروزه اين انتقال با هزينه فراوان بوسيله خط لوله يا فرايند گران و داراي ريسك LNG انجام مي گيرد. براي كاهش ريسك و قيمت انتقال گاز استفاده از هيدرات گاز طبيعي پيشنهاد شده است. در اين مقاله تحقيقات صورت گرفته براي توسعه تكنولوژي هيدرات گازي براي ذخيره سازي و انتقال مرور شده است. نتايج اين تحقيقات نشان داده است كه در آينده نه چندان دور فرايند هيدرات گازي مي تواند به عنوان روشي براي ذخيره سازي و انتقال گاز مورد استفاده قرار گيرد. هر چند كه به دليل مشكلاتي در توليد هيدرات گازي، اين فرايند هنوز صنعتي نشده است.گاز طبيعي كه به طور عمده از متان تشكيل شده، يك سوخت ارزشمند با مزيت هاي فراوان نسبت به بنزين است كه از آن جمله مي توان به ذخاير بزرگ گاز در دنيا ، قيمت پايين، خصوصيات يك سوخت پاك (انتشار بسيار كم آلاينده ها، كم بودن انتشار گازهاي گلخانه اي، انتشار كمتر تركيبات هيدروكربني، منواكسيد كربن، اكسيد نيتروژن و عدم انتشار ذرات جامد) بيشتر بودن انرژي حاصل از احتراق آن در واحد جرم نسبت به بنزين اشاره كرد.
متاسفانه ميادين گاز طبيعي معمولاً در نقاطي واقع شده اند كه كمتر مي توانند مورد استفاده قرار گيرند. بيشتر ميادين گازي دور افتاده اند و در نزديكي آنها بازاري براي مصرف وجود ندارد و بخاطر موقعيت آن استفاده از خط لوله امكان پذير نيست، به همين دليل چند روش ديگر علاوه بر خط لوله براي انتقال گاز طبيعي در نظر گرفته شده است. اين روش ها عبارتند از: گاز طبيعي مايع شده (LNG)، گاز طبيعي مايع شده تحت فشار (PLNG) ، تبديل گاز به مايعات با ارزش (GTL) ، تبديل گاز به الكتريسيته و انتقال آن (GTW) ، گاز طبيعي فشرده شده (CNG) ، گاز طبيعي جذب شده (ANG) و بالاخره هيدرات گازي (NGH) .
هر يك از روش هاي مذكور داراي مزايا و معايبي هستند. استفاده از خط لوله سال هاي زيادي است كه مورد استفاده قرار مي گيرد اما براي مسافت هاي بيشتر از2500 كيلومتر اقتصادي به نظر نمي رسد و هزينه بسياري صرف عايق كاري لوله ها مي شود. روش LNG قابليت حمل600 حجم گاز در يك حجم از خود را دارا مي باشد اما براي توليد و انتقال آن بايد به دماي160 درجه سانتيگراد زير صفر برسيم كه احتياج به ملاحظات ايمني دارد.
روش CNG احتياج به فشار200 اتمسفر دارد و براي انتقال آن بايد از مخازن با ضخامت بالا استفاده شود كه تاكنون تنها مخازن كوچك براي حمل CNG مورد استفاده قرار گرفته اند تكنيك CNG معمولاً جهت مسافت هاي كم تا متوسط مناسب بوده داراي راندمان حجمي پايين است. روش ANG در صورت استفاده از جاذبي با مقادير جذب و دفع مناسب، بدليل فشار
ذخيره سازي پايين تر، جايگزين بسيار مناسبي براي CNG جهت استفاده در اتومبيل ها مي باشد. روش GTL نيز كه طي فرايند فيشر تروپش گاز طبيعي را به هيدروكربن هاي با ارزش تبديل مي كند اكنون در مرحله تحقيقات قرار دارد. شكل(1) محدوده مناسب براي هر روش ذخيره سازي براساس مسافت و ظرفيت حمل و نقل آورده شده است.
تبديل گاز طبيعي به هيدرات جامد و انتقال آن از اوايل دهه90 ميلادي مورد توجه قرار گرفت. تعداد زيادي ميادين كوچك و متوسط گاز طبيعي در جهان وجود دارد كه روش هاي معمول مانند LNG براي آنها توجيه اقتصادي ندارد. در آينده كه ذخاير بزرگ گاز طبيعي پايان يافتند. مسلماً بايد به دنبال روش هايي براي برداشت از اين ميدان هاي كوچك بود. هيدرات گاز طبيعي گزينه اي مناسب براي انتقال گاز است.
ذخيره سازي و انتقال هيدرات
بعد از كشف خاصيت خود نگهداري هيدرات استفاده از هيدرات جهت ذخيره سازي و انتقال گاز به صورت جدي تر مطرح شد. اين خاصيت به هيدرات اجازه مي دهد كه در فشار پايين تر از فشار تشكيل آن پايدار بماند. بعد از تشكيل هيدرات در فشار بالا آن را تا زير صفر درجه سانتيگراد سرد مي كنند و فشار را به فشار اتمسفر كاهش مي دهند. در اين صورت اگر به آن گرما نرسد (شرايط آدياباتيك) هيدرات تجزيه نمي شود. در واقع جزئي از سطح هيدرات تجزيه مي شود و آب بوجود آمده يخ مي زند و مانند لايه اي محافظتي اطراف آن را مي پوشاند و مانع تجزيه بيشتر آن مي شود.
بطور كلي، روش هاي مختلف ذخيره سازي و انتقال گاز طبيعي بستگي به نوع مخزن گازي (تركيب و حجم گاز)، مسافت آن تا بازارهاي مصرف، ميزان سرمايه گذاري مورد نظر و ساير پارامترهاي عملياتي و تكنولوژيكي داشته و هر كدام از خصوصيات ويژه اي برخوردار مي باشند. از مزاياي روش هيدرات آن است كه نيازمند دماهاي خيلي پايين (نظير دماي LNG) و يا فشارهاي خيلي بالا (نظير فشار CNG) نبوده و در ضمن فرايند توليد آن كوچك مي باشد و مي توان آن را در دريا و در محل چاه بر روي سكو استفاده كرد. در هر حجم از هيدرات در شرايط استاندارد بين150 تا180 حجم گاز وجود دارد و با برآورد اقتصادي صورت گرفته هزينه سيكل هيدرات گازي25 درصد كمتر از LNG بوده است. به دليل مشكلاتي كه فرايند توليد هيدرات گازي دارد، اين فرايند هنوز صنعتي نشده است. از مشكلات اصلي اين فرايند مي توان به پايين بودن تبديل، كم بودن سرعت و مشكل بودن جداسازي آب اضافي اشاره كرد. براي بالا بردن سرعت تشكيل هيدرات و افزايش پايداري آن مواد مختلفي به عنوان تسريع كننده مورد استفاده قرار گرفته اند. به نظر مي رسد كه با غلبه بر مشكلات فرايند توليد هيدرات در آينده مي توان از آن به عنوان رقيبي براي فرايند شناخته شده LNG براي ميادين كوچك و دور افتاده گاز استفاده كرد.
استفاده از هيدرات جهت جداسازي اجزاء مورد نظر از تركيبات گاز طبيعي
ساختار های هیدرات گازی :
هیدراتهای گازی یک ترکیب کریستالی گاز و آب هستند که در دمای پایین و فشار بالا تشکیل میشوند . مولکول های آب میزبان از طریق اتصالات هیدروژنی یک ساختار شبکه ای را تشکیل میدهند و بواسطه نیروهای " وان در والس " ( Van der waals) ، مولکول های گاز مهمان را در داخل قفسه های ساختار شبکه ای به دام می اندازند .
ساختار شبکه ای هیدراتهای گازی را می توان به صورت صفوف سلول های واحدی با پارامترهای هندسی دقیق در نظر گرفت.تعداد ثابت حفره ها دارای سایزهای دقیقی در هر سلول واحد هستند .
سه ساختار کریستالی برای هیدراتهای گاز طبیعی وجود دارد : ساختار مکعبی I ( نوع I ) ، ساختار مکعبی الماسی II ( نوع II ) ، و ساختار شش ضلعی H ( نوع H ) .
سلول واحد نوع I از دو حفره دودکاهدرا 5 ضلعی ( ) و شش حفره تتراکائیدکاهدرون ( ) تشکیل شده است . سلول واحد نوع II از 16 حفره دودکاهدرا 5 ضلعی( ) و چهار حفره هگزاکائید کاهدرون ( ) تشکیل شده است . سلول واحد نوع H از سه قفسه ، دو قفسه ، یک قفسه تشکیل شده است .
گازهای مهمانی که در ساختار شبکه ای هیدرات به دام افتاده اند عبارتند از : متان ( ) ، اتان ( ) پروپان ( ) ، ایزوبوتان ( ) ، n – بوتان ( ) ، نیتروژن ( ) ، دی اکسید کربن ( )، سولفید هیدروژن ( ) ، ایزوپنتان ، و نئوهگزان .
مولکول هایی با قطر کمتر از A 3 مثل هلیوم ، هیدروژن و نئون ، هیدراتها را تشکیل نمی دهند .
مولکول هایی با قطربیشتر از A 6/6 ( مثل ایزو – پنتان و نئوهگزان ) هیدراتهای ساختار I یا II را تشکیل نمی دهند ولی آنها می توانند با حضور یک گاز کمک رسان مثل متان ، هیدراتهای ساختار H را تشکیل بدهند .
گاز طبیعی حاوی سازندگان هیدراتی مثل متان ، اتان ، پروپان ، و مقادیر کمتری از i- بوتان ، نیتروژن ، سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن است گر چه درصد این عناصر تفاوت زیادی با یکدیگر دارند. متان ، اتان ، دی اکسید کربن ، و سولفید هیدروژن هیدراتهای ساختار I را تشکیل می دهند و پروپان ،i- بوتان و نیتروژن هیدراتهای ساختار II را تشکیل می دهند . یک مخلوط گاز طبیعی ، هیدراتهای ساختار II را تشکیل خواهد داد چون پروپان و i- بوتان فقط می توانند بخوبی در حفره های بزرگ ساختار II جای بگیرند و ساختار هیدرات را تثبیت کنند و در نهایت آن را بسازند . در موارد مشابه ، پروپان و i- بوتان " گازهای مهمان هدایت ساختار " نامیده می شوند .
مي توان گفت كه اندازه مولكولي و حلاليت گاز در تشكيل هيدرات يكي از عوامل مهم در تشكيل آن مي باشد يا به بيان ساده تر مي توان گفت ، اندازه مولكول، تعيين كننده نوع ساختار مولكول ميباشدو حلاليت نيز رابطه ايي مستقيم با سرعت تشكيل مولكول دارد ، يعني هر چقدر حلاليت يك گاز زياد باشد سرعت تشكيل مولكول هيدارت سريعتر مي شود.
جدول زير نشان دهنده تركيبات گازي است كه ممكن است وارد حفره ها شده و تشكيل هيدارت دهند. پر شدن حفره ممكن است بوسيله يك نوع گاز باشد يا ممكن است با مخلوط چند گاز صورت گيرد.
--
Farid Bensaeed
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر