پاورپوینت هیدرات گازی در صنعت نفت و گاز

«پاورپوینت هیدرات گازی در صنعت نفت و گاز»

این پاورپوینت شامل ۲۶ اسلاید میباشد

      هیدرات گازی، چشم انداز انرژی آینده یا مخاطرات زیست محیطی

در مطالب زیر، ضمن معرفی “هیدرات گازی” و ارائه ی تاریخچه‌ای در مورد آن، به بیان اهمیت و مخاطرات احتمالی آن پرداخته شده است:

در طبیعت آب و گاز طبیعی همراه هم هستند و در مخازن گاز، این دو در حال تعادل هستند. به طور کلی آبی که هنگام خروج گاز از چاه به همراه آن بالامی آید، جزئی مزاحم در گاز طبیعی است؛ زیرا اول سبب خوردگی در خطوط انتقال گاز ترش ( گاز همراه با H2S ) می گردد. دوم ارزش حرارتی گاز طبیعی را پایین می آورد. سوم بالا رفتن فشار یا پایین آمدن دما هنگام انتقال گاز طبیعی سبب میعان آب شده و آب در فاز مایع راندمان خطوط انتقال گاز را شدیدا کاهش می دهد. چهارم پایین آمدن بیش ازحد دما در فصل زمستان یا پس از افت شدید آدیباتیک ( که باعث افت سریع دما می گردد) سبب بروز پدیده ای به نام تشکیل هیدرات در خط لوله انتقال گاز طبیعی می شود. هیدرات گازی یک جامد بلوری است که در آن مولکول های گاز توسط مولکول های آب احاطه شده اند. گازهای زیادی هستند که ساختار مناسبی برای تشکیل هیدرات دارند که از آن جمله می توان به دی اکسیدکربن، سولفید هیدروژن و هیدروکربن‌های با تعداد کربن کم اشاره نمود. هیدرات‌های گازی که اکثراً در بستر دریاها تشکیل می شوند، غالباً از نوع هیدرات متان هستند. این ماده که از آن به عنوان “یخ شعله ور” یاد می شود، حاوی مقدار بسیار زیادی گاز متان است و مکان تشکیل آن معمولاً رسوب کف اقیانوس‌ها و مناطق قطبی دائماً منجمد می باشد .

هیدرات گازی در دما و فشار محیط رسوبات کف اقیانوس‌ها و در مناطق با عمق بیش از ۵۰۰ متر تشکیل می شود. در این فشار و در دماهایی بالاتر از دمای پایدار یخ، هیدرات گازی کاملاً پایدار است. همچنین در مناطق دائماً منجمد قطبی، این ماده به صورت ترکیب با یخ های محیط، به مقدار زیادی یافت می شود.

هیدرات‌های گازی حاوی مقادیر بسیار زیادی از گاز هستند، به طوری که از آن ها با عنوان “عصاره ی گاز” نام برده می شود. متلاشی‌شدن یک حجم از هیدرات متان در فشار یک اتمسفر، حدود ۱۶۰ حجم گاز متان تولید می کند. یک تخمین محافظه‌کارانه، نشان می دهد که مقدار متان موجود در هیدرات های گازی کشف شده در جهان، حاوی حدود ۱۰۰ گیگاتن کربن است که این مقدار تقریباً دو برابر مقدار کل کربن موجود در سوخت‌های فسیلی در کره ی زمین است.

البته هیدرات از سالها پیش شناخته شده بود و به عنوان یک مساله جالب آزمایشگاهی مورد بررسی و تحقیق قرار گرفت اما فقط هنگامی که در سال۱۹۳۴ به علت بسته شدن خط لوله انتقال گاز طبیعی هیدرات اعلام شد، تحقیقات در زمینه ی شناخت پدیده ی هیدرات شکل جدی به خود گرفت.

      پیدایش هیدرات گازی

هیدرات گازی در سال ۱۸۱۱ میلادی توسط همفری دیوی، هنگام تولید حباب‌های گاز کلر در آب سرد به روش آزمایشگاهی کشف گردید. در سال ۱۸۳۲، مایکل فارادی اولین فرمول شیمیایی را برای هیدرات گازی ارائه کرد که در آن یک مولکول گاز توسط ده مولکول آب احاطه شده بود. در سال ۱۹۳۴ وقتی اولین خط لوله گاز طراحی شده و مورد بهره برداری قرار گرفت، پدیده ی گرفتگی لوله به وسیله ذرات جامد هیدرات گاز توسط هایمر اشمیت در امریکا مطرح گردید. متعاقب این پدیده، تکنیک جلوگیری از تشکیل این ماده در لوله‌های نفت و گاز و فرایندی برای نم‌گیری از جریان گاز شکل گرفت. در سال ۱۹۵۹ مبانی ترمودینامیکی هیدرات گازی توسط واندر والس مورد مطالعه قرار گرفت و تبیین گردید.

در طول دهه های ۶۰ تا ۹۰ میلادی به موازات پژوهش های بی شمار در مورد هیدرات، تحقیقات وسیعی در زمینه ی کشف منابع هیدرات گازی در رسوبات کف دریا و مناطق قطبی صورت گرفت. در سال ۱۹۹۸ کار مشترک محققین امریکایی، ژاپنی و کانادایی، منجر به کشف منبع عظیمی از هیدرات گازی در مناطق قطبی شمال کانادا گردید که در آن به ازای هر کیلومتر مربع از سطح منبع، حدود چهار میلیارد متر مکعب گاز ذخیره شده بود.

از دهه ۹۰ میلادی تاکنون کشورهای امریکا، ژاپن، هندوستان و کانادا با اختصاص بودجه ی قابل توجهی، برنامه ی تحقیقاتی طولانی‌مدتی را در زمینه ی هیدرات های گازی شروع کرده اند.

هیدرات گازی در صنعت نفت و گاز

       دلایل اهمیت هیدرات‌های گازی

امروزه توجه به پدیده ی هیدرات گازی و جنبه‌های مفید و کاربردی آن، لزوم تحقیق بیشتر در زمینه های زیر را روشن می نمایاند:

۱- از چند دهه ی پیش تاکنون وجود مقادیر بسیار زیادی از گاز طبیعی ذخیره ‌شده در هیدرات های گازی موجود در بستر اقیانوس‌ها و مناطق قطبی به اثبات رسیده است. با توجه به منابع محدود سوخت‌های فسیلی، اکتشاف منابع هیدرات گازی به منظور بازیافت انرژی، ممکن است در آینده مورد توجه قرار گیرد.

۲- قابلیت زیاد هیدرات گازی در ذخیره سازی گاز طبیعی، باعث ایجاد جذابیت در خصوص استفاده از آن برای مقاصد ذخیره‌سازی و حمل و نقل گاز طبیعی و دیگر گازها به عنوان رقیبی برای روش های مایع سازی و متراکم ‌کردن می گردد.

۳- هیدرات گازی را در فرایندهای جداسازی نیز می توان به کار برد. هیدرات‌های گازی فقط با تعداد محدودی از مواد قابل تشکیل است. اگر ماده ای را بخواهیم از مخلوطی، شامل مواد غیر قابل‌تشکیل هیدرات جدا کنیم، استفاده از ویژگی تشکیل هیدرات به عنوان یک فرصت تلقی می شود. به عنوان مثال می توان به تغلیظ جریان های غنی از آب، تهیه ی آب آشامیدنی از آب دریا و یا جداسازی جریان های گاز اشاره کرد.

هیدرات گازی در صنعت نفت و گاز

نکته قابل ذکر اینکه، در مورد ذخایر طبیعی هیدرات‌های گازی نگرانی هایی در خصوص پایداری آنها در هنگام تغییر شرایط فشار و دما وجود دارد. به عقیده ی برخی از محققین وقتی که در اثر پدیده گلخانه‌ای (Green house Effect) دمای کره ی زمین افزایش می یابد، ممکن است که هیدرات‌ها ناپایدار گشته و تجزیه شوند و در نتیجه مقادیر زیادی از گاز که عمدتاً متان است، می تواند وارد اتمسفر شده و باعث تشدید اثر پدیده ی گلخانه ای گردند؛ چرا که اثر متان بر این پدیده، خیلی شدیدتر از دی‌اکسیدکربن است. در آخرین اظهار نظر دانشمندان آمده است که در پایان عصر یخی در کره زمین و ذوب شدن منابع یخی، تجزیه منابع هیدرات گازی رخ خواهد داد.

در کشور ما نیز تحقیق در مورد هیدرات های گازی مورد توجه قرار گرفته است و هم اکنون در پژوهشگاه صنعت نفت طرحی در دست تحقیق و مطالعه است که در آن به جنبه های مختلف علمی و کاربردی هیدرات گازی پرداخته شده است.

تشکیل کریستال های هیدرات در بخش های مختلف صنایع نفت و گاز و فرایندهای پایین دستی موجب توقف و یا کاهش تولید فراورده ها می شود و به این علت اطلاعات خوبی در مورد چگونگی پیدایش و شرایط تشکیل آن ها فراهم است ولی چون تولید آن ها مورد توجه نبوده، مطالعه ی کمتری روی سرعت رشد کریستال هیدرات انجام شده است. اما بروز افکار جدید در مورد انتقال گاز طبیعی به صورت کریستالهای هیدرات در راستای کاهش هزینه تمام شده محصول باعث شده است که مطالعات بیشتری نیز در مورد اخیر صورت گیرد.

هیدرات گازی در صنعت نفت و گاز

هدف از این مطالعه، یافتن روش هایی بوده است که بتوان از نظر کیفی و کمی به توصیف رشد کریستال هیدرات پرداخت تا نتایج در صنعت حمل و نقل گاز طبیعی به کار گرفته شوند. فرایند تولید کریستال هیدرات را می توان به دو صورت پیوسته و ناپیوسته انجام داد که با توجه به تاکید این مطالعه بر روی کاربردی بودن نتایج، تمامی تلاش بر روی تولید کریستال هیدرات به صورت پیوسته متمرکز گشته است. وجود گاز محلول در آب در فرایند تولید کریستال هیدرات ضروری است و بنابراین تولید و رشد کریستال هیدرات به گذر از مراحل زیر اجتناب ناپذیر است:

جذب گاز به داخل آب

هسته سازی

رشد هسته ها و کریستال های موجود

در این مطالعه فرض شده است که در یک فرایند واقعی تولید پیوسته هیدرات، هسته ها بوجود آمده اند و کافی است رشد آن ها مدنظر قرار گیرد و بنابراین صرفا به رشد کریستال های هیدرات پرداخته شده است. اولین قدم در بررسی سرعت اتفاق افتادن یک پدیده (نظیر رشد کریستال هیدرات) شناسایی نیروی محرکه موثر بر آن است. نکته برجسته این تحقیق آن است که اختلاف دمای بین سطح کریستال جامد و دمای توده مایع (فراتبرید)، عامل کنترل کننده سرعت رشد کریستال هیدرات است. برای توصیف کمی و کیفی رشد کریستال هیدرات می توان از دو دیدگاه مختلف ولی در ارتباط با هم یعنی انتقال جرم و انتقال حرارت به قضیه نگریست ولی نتایج متکی بر انتقال جرم سخت نیازمند آگاهی از میزان غلظت های گاز حل شده در توده مایع و سطح کریستال می باشند و به علت کوچک بودن میزان حلالیت گازهای هیدروکربوری در آب، تعیین ثوابت مدل از دقت خوبی برخوردار نیست. اگرچه در این مطالعه رابطه ای برای محاسبه غلظت متان در آب در نزدیکی نقطه تشکیل کریستال هیدرات ارائه شده است که توانایی پیش بینی حلالیت متان با خطای در حدود ۲% را دارا است. استفاده از نتایج انتقال حرارت در توصیف کمی و کیفی رشد کریستال هیدرات آسان تر است.

هیدرات گازی در صنعت نفت و گاز

مطالعه بیشتر