منابع و ماخذ پایان نامه دینامیکی، عوامل بازدارنده، اشتغال زایی

دانلود پایان نامه ارشد

منحني تشکیل و تجزیه هیدرات‌ها را نشان ميدهد.

شکل ‏112 : منحنی وابستگي هيدرات به دما و فشار
اثر افزودنی‌ها بر تشکیل هیدرات
راه دیگر جلوگیري از تشکیل هیدرات گازي استفاده از مواد شیمیایي(مواد ممانعت کننده تشکیل هیدرات گازي) مانند نمک‌ها، الکل‌ها، گلایکول‌ها و سایرالکترولیت‌ها به جریان گاز در ورودي خط لوله مي‌باشد. (بهترین و اقتصادي‌ترین روش). الکترولیت‌ها، بازدارنده‌هاي بسیار مؤثري هستند. نمک‌ها در محلول با جذب دوقطبي‌هاي حاصل از مولکول‌هاي آب عمل مي کنند. این مولکول‌ها، بیشتر تمایل دارند که با یون‌ها ترکیب شوند تا این که اطراف مولکول‌هاي گاز موجود در محلول، شبکه تشکیل دهند. به این ترتیب در یک فشار مشخص، تشکیل شبکه‌هاي هیدرات از مولکولهاي آب به دماي کمتري نیاز دارد. به همین دلیل، حلالیت گاز در آب نیز کاهش مي‌یابد. بنا بر تحقیقات ماکوگان (1981)، نمک‌هایي که بیشترین اثر بازدارندگي را دارند، مربوط به کاتیون‌هاي ذیل مي باشند:
〖Al〗^(3+)〖Mg〗^(2+)〖Ca〗^(2+)〖Na〗^+K^+
اغلب، کلرید کلسیم به دلیل کارایي و قیمت پایین انتخاب مي شود. سولفات‌ها به ویژه MgSO4، Na2SO4 و Al2(SO4)3 هم مورد استفاده قرار مي‌گیرند. فسفات‌ها و به ویژه فسفات سدیم نیز مناسب هستند. در نظر گرفتن میزان نمک‌هاي محلول در حضور آب سازند، برای برآورد خطرات تشکیل هیدرات لازم است. با این وجود، با توجه به خطر خوردگي و ایجاد رسوب، در عمل استفاده از نمک‌ها به عنوان بازدارنده بسیار کم است.
طبق تحقیقات انجام شده توسط اندرسون و پرازنیتز34 (1986)، استفاده از الکل‌ها (مانند متانول که دماي تشکیل هیدرات را پایین آورده و در هر دمایي ميتواند مؤثر باشد)در مقایسه با نمک‌ها و گلایکول‌ها (منواتیلن‌گلایکول) ‌به دلایل زیر‌ و دي‌اتیلن‌گلایکول بهترین نوع ممانعت براي تشکیل هیدرات گازي است.
غلظت نمک تزریقي در جریان ورودي به خط لوله، به دلیل بالابودن دماي جریان در آن‌ نقاط افزایش یافته به طوري که پس از رسیدن به نقاط سرد خط لوله، در آنجا رسوب مي‌نمایند. به عبارت دیگر این‌گونه ممانعت کننده‌ها در جایي که احتمال تشکیل هیدرات افزایش مي‌یابد با غلظت کمتري وارد عمل مي‌شوند. همچنین نمک‌ها نسبت به سایر ممانعت کننده‌ها داراي خاصیت خورندگي بیشتري هستند.
الکل‌ها نسبت به گلایکول‌ها داراي میزان فراریت بیشتري بوده به طوري که در نقاط بالادست جریان، به راحتي تبخیرشده و همراه جریان گاز به نقاط سرد خط لوله منتقل مي‌شوند. به عبارت دیگر الکل تزریقي در ورودي خط لوله انتقال جریان، در جایي حضور مي‌یابد که احتمال تشکیل هیدرات‌گازي در آن‌ نقاط، بیشتر باشد. در حالي که گلایکول‌ها به راحتي تبخیر شده بنابراین غلظت کم آنها در نقاط سرد خط لوله، مانع از تشکیل هیدرات نمي‌شود.
متانول به دلیل کارایي، قیمت پایین و در دسترس بودن، بیشتر به طور موقتي براي تخریب کلوخه و به شکل دائم براي جلوگیري از تشکیل هیدرات به کار ميرود. متانول، ویسکوز نبوده و خورنده نیز نمي‌باشد. با وجود این، فشار بخار بالاي آن‌، سبب اتلاف اساسي آن‌ در فاز گاز مي‌شود. علاوه بر این، بازیافت متانول گران است؛ بنابراین توسط تقطیر نسبتاً اغلب به طور دائمي بدون بازیافت مصرف مي‌شود. گلایکول‌ها این مزیت را دارند که به راحتي در فاز مایع قابل بازیافت بوده و توسط تقطیر، بازیابي شده و بازگردانده مي‌شوند؛ ولي این عیب را دارند که داراي ویسکوزیتة نسبتاً بالایي هستند.
بین گلایکول‌ها، اتیلن گلایکول یکي از بهترین بازدارنده‌هاي هیدرات است که به علت وزن مولکولي پایین‌تر، در یک غلظت‌خاص، از دي‌اتیلن‌گلایکول و تري‌اتیلن‌گلایکول مؤثرتر است. با وجود این، استفاده از دي‌اتیلن‌گلایکول امکانپذیر بوده و براي کاهش اتلاف حلال در گاز، قابل توجیه است. اگر قرار باشد که گاز پس از عبور از لولة انتقال دهیدراته شود، دي‌اتیلن‌گلایکول مي تواند طي مراحل انتقال دهیدراته کردن، به عنوان تنها حلال مورد استفاده واقع شود.
تري‌اتیلن‌گلایکول35 و تترا اتیلن‌گلایکول36 در هیدروکربن‌هاي مایع بسیار محلول بوده و براي استفاده عمومي داراي ویسکوزیتة بالایي هستند و به عنوان ممانعت کنندة تشکیل هیدرات به کار برده نمي‌شوند. نمک‌ها، داراي خاصیت خورندگي بیشتر و احتمال ایجاد رسوب در نقاط سرد خط لوله مي باشند(که در این نقاط، احتمال تشکیل هیدرات گازي بیشتر است). همچنان که گفته شد، الکل‌ها به دلیل خاصیت فراریت بالا در نقاط بالادست جریان به راحتي تبخیر شده و همراه جریان گاز به نقاط سرد خط لوله منتقل مي‌شوند؛ بنابراین غلظت کم آنها در نقاط سرد خط لوله از تشکیل هیدرات جلوگیري مي‌کند. بازدارنده‌ها، براي خطوط لولة طولاني (بیش از 2 یا 3 کیلومتر) مورد استفاده قرار مي‌گیرند.
آمونیاک، بازدارندة بسیار مؤثري است امّا خورنده و سمي بوده و کربنات‌هاي حاصل از واکنش آن‌ با دي‌اکسیدکربن در حضور آب، می توانند رسوب جامد تشکیل دهند. همچنین فشار بخار آمونیاک زیاد بوده و بازیافت آن‌ مشکل است. منو‌اتانول‌آمین نیز به عنوان یک بازدارنده توصیه مي شود(علي اف371981). این ماده، در غلظتي خاص، از دي اتیلن گلایکول مؤثرتر بوده و در صورتي که بتوان از آن‌ براي شیرین سازي گاز هم استفاده کرد، جذابیت بیشتري مي‌یابد.
عوامل بازدارنده‌38 تشکیل هیدرات‌ها
در خطوط لوله انتقال گاز باید از تشکیل هیدرات جلوگیری شود تا سبب مسدود شدن لوله نگردد. برای این کار باید یا در دمای بالا و فشار پایین کار کرد و اگر مقدور نباشد باید از بازدارنده‌های شیمیایی نظیر متانول یا LDHI39 استفاده کرد و به مسیر تزریق کرد. افزودنی‌ها در یک تقسیم بندی کلی به چهار دسته تقسیم می‌شوند]22-26[:
– بازدارنده‌های ترمودینامیکی40
– بازدارنده‌های سینتیکی41
– بازدارنده‌های ضدتجمی یا ضد‌کلوخه‌ای42
– مواد افزودنی که هیدرات را در یکی از ساختار‌های I، II یا H پایدار می‌کنند.

شکل ‏113 : انواع افزودنی‌های هیدرات
بازدارنده‌های ترمودینامیکی
بازدارنده‌های ترمودینامیکی به صورت ترمودینامیکی بر تشکیل هیدرات‌ها تأثیر می‌گذارند. آنها با افزایش فشار تشکیل هیدرات و کاهش دمای تشکیل هیدرات باعث می‌شوند هیدرات در شرایط سخت‌تری تشکیل شود. ساز و کار آنها به این گونه است که با افزودن این مواد پیوند هیدروژنی مولکول‌های آب ضعیف می‌شود و سبب می‌شود هیدرات در دما و فشاری که قبلاً تشکیل می‌شد ناپایدار شود و برای تشکیل هیدراتی پایدار نیاز به فشار بالاتر و دمای پایین‌تری می‌باشد. از جمله بازدارنده‌های ترمودینامیکی می‌توان به انواع الکل‌ها و نمک‌ها اشاره کرد.
بازدارنده‌های ترمودینامیکی با اضافه شدن به سیال باعث تغییر پتانسیل شیمیایی و جابه‌جایی تعادل ترمودینامیکی تشکیل هیدرات می‌شود به گونه‌ای که منحنی تعادل هیدرات را به سمت دمای پایین‌تر و فشار بالاتر سوق می‌دهد و تا زمانی که سیستم از حالت پایداری دور باشد هیدرات تشکیل نخواهد شد. ساختمان مولکولی این مواد سبب می‌شود که پیوند قوی هیدروژنی این مواد با آب از تمایل مولکول‌های آب به تشکیل هیدرات بکاهد. از مهمترین ترکیبات این گروه می‌توان متانول، مونو‌اتیلین‌گلیکول را نام برد.
برای مؤثر بودن گلایکول‌ها باید به صورت قطرات بسیار ریزی به درون گاز مرطوب پاشیده شوند. اگر مخلوط یک دستی از گلایکول مایع پاشیده شده و در گاز طبیعی به دست نیامد، گلایکول نخواهد توانست از تشکیل هیدرات گازی جلوگیری کند. این موضوع در تزریق متانول به آن‌ اندازه مهم نمی‌باشد زیرا تمام یا کسر قابل توجهی از متانول به جریان گازی تبخیر شده و یک اثر حفاظتی را اعمال خواهد کرد. در جاهایی که تزریق پیوسته است و با حجم زیاد گاز مواجه هستیم، برای جلوگیری از تشکیل هیدرات، گلایکول ارزانتر می‌باشد. برای سرمایه گذاری‌های کمتر (بدون بازیافت) برای تاسیسات موقت و با حجم گاز اندک، به صورت غیر پیوسته، متانول بیشتر مصرف می‌گردد.
تزریق متانول کاملاً با تزریق گلایکول متفاوت می‌باشد زیرا :
اولاً متانول اغلب قابل بازیافت نمی‌باشد لذا تاسیسات بازیافت برای آن‌ لازم نیست. ثانیاً نباید متانول اتمیزه گردد. صرفا یک پمپ با دبی کم و قابل اندازه گیری به این منظور کفایت می‌کند. قدرت محافظت و سهولت تزریق، از امتیازات تزریق متانول می‌باشد. ماکوگن43 (1981) شرایط انتخاب یک بازدارنده را به صورت زیر ارائه کرده است:
مواد بازدارنده باید:
1) قادر باشد دمای تشکیل هیدرات را تا اندازه ممکن پایین بیاورد.
2) در دسترس باشد و مقرون به مصرف باشد.
3) به صورت کامل قابل حل در آب باشد و بازیافت آن‌ نیز آسان باشد.
مواد بازدارنده نباید:
1) با اجزای موجود در جریان گاز واکنش داده و رسوب تشکیل دهد.
2) ویسکوزیته، دمای انجماد فشار بخار آن‌ پایین باشد.
3) سبب افزایش خاصیت اشتغال زایی گاز شده و اشتغال زا باشد.
بازدارنده‌های سینتیکی
بازدارنده‌هاي سینتیکي نیز که موجب تأخیر در ظهور هسته بحراني شده و سرعت تشکیل هیدرات را کاهش میدهند و از فرآیند تجمع هیدرات‌ها جلوگیري مي کنند این بازدارنده‌ها در غلظت‌های پایین مورد استفاده قرار می‌گیرند و عملکرد آنها به این صورت است که سرعت تشکیل هیدرات را بسیار کند می‌کنند. این نوع بازدارنده‌ها که در دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته اند به جای تغییر در شرایط ترمودینامیکی تشکیل هیدرات، سینتیک تشکیل را تغییر می‌دهند. این ترکیبات هم هسته سازی و هم سرعت رشد کریستال‌ها را کند می‌کنند. مکانیزم مولکولی این مواد و اثرات آن‌ هنوز درست اثبات نشده است. امّا دو تئوری مورد توجه است که هر دو با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی ارائه شده‌اند و تئوری اول بیان می‌کند که جذب سطحی این ترکیبات به روی کریستال‌ها باعث از بین رفتن یا کاهش شدید نقاط فعال آنها شده و لذا رشد آنها را متوقف می‌کند. مکانیزم دوم بیانگر این است که مولکول‌های پلیمری بازدارنده سینتیکی به صورت مانعی در راه نفوذ مولکول‌های مهمان عمل کرده و از تکامل کریستال جلوگیری می‌کند.

بازدارنده‌های سینتیکی پلیمرهایی با وزن مولکولی بالایی بوده و در غظت‌های بسار کم (اغلب کمتر از 1%) به سیستم تزریق می‌شوند. این نوع بازدارنده‌ها به فاز غیر کربنی نسبتاً غیر حساس بوده و بنابراین در محدوده وسیعی از سیستم‌های غیر‌کربنی قابل استفاده می‌باشند. از جمله بازدارنده‌های سینتیکی می‌توان پسی‌وینیل‌پیرولیدن، پلی‌وینیل‌متیل‌استامید و وینیل‌کپرولاکتام را نام برد. میزان مصرف این نوع بازدارنده در مقایسه با بازدارنده‌های ترمودینامیکی بسیار کم می‌باشد.
بازدارنده‌های ضدتجمی یا ضد کلوخه ای
بازدارنده‌های ضد تجمعی هر چند که از تشکیل هیدرات جلوگیری نمی‌کنند ولی از تجمع و کلوخه‌ای شدن آنها جلوگیری می‌کنند. ساز و کار آنها به این صورت است که با محاصره کردن ذرات بسیار ریز کریستال‌های هیدرات از رشد بیشتر آنها یا به هم پیوستن کریستال‌های هیدرات جلوگیری می‌کنند.
این نوع بازدارنده‌ها به جای تأثیر بر ترمودینامیکی و یا سرعت رشد کریستال‌ها، از به هم چسبیدن کریستال‌ها جلوگیری می‌کنند و آنها را به حالت ذرات کوچک پراکنده و معلق در سیستم نگه می‌دارد و نمی‌توانند مسیر جریان را سد کنند. مکانیزم عمل این مواد هنوز کاملاً روشن نیست هرچند عقیده غالب بر این است که جذب سطحی این مواد نقش اصلی را برعهده دارد. ترکیبات پلیمری این گروه دارای دو سر با خصوصیات متفاوت می‌باشند. سر آب دوست توسط کریستال هیدرات جذب می‌گردند و به جای مولکول مهمان قرار می‌گیرد در حالی که سر آب گریز در فضا باقی مانده و از نزدیک شدن مولکول‌های آب به کریستال هیدرات جلوگیری می‌کند. به علاوه قرار گرفتن سر آب گریز در کریستال با توجه به اندازه متفاوت آن‌ با مولکول‌های مهمان، باعث بر هم خوردن نظم کریستالی می‌گردند. از جمله این بازدارنده‌ها می‌توان الکیل اروماتیک سولفونات، الکیل فنیل اتوکسیلات، نمک آمونیوم چهارتایی با یک یا دو زنجیره طولانی از الکیل استر در انتها خود را نام برد. این نوع از بازدارنده‌ها همانند بازدارنده‌های سینیتیکی (KHI) به صورت محلول و در

پایان نامه
Previous Entries منابع و ماخذ پایان نامه محیط زیست، گاز طبیعی، دی اکسید کربن Next Entries منابع و ماخذ پایان نامه گاز طبیعی، دینامیکی، دی اکسید کربن