منابع و ماخذ پایان نامه گاز طبیعی، دی اکسید کربن، نفت و گاز

دانلود پایان نامه ارشد

متان ذخيره شده در هيدرات اشاره دارند از جمله: نجيبي و همكاران (2008)، گـاز طبيعـي در حضـور سه نوع كـربن فعـال متفـاوت در دو حالـت خشـك و مرطـوب ذخيره‌سازي نمودند. دارابي محبوب و همكاران (2012)، ذخيره‌سازي متان در حضور كربن فعال در مقادير مختلف آب را بررسی و بهبود دادند.
ذخيره سازي انرژي گرمايي
ذخيره‌سازي انرژي از طريق فرآیند تشكيل يا تجزيه هيدرات اولين بار در حدود سال1980 مـيلادي در آمريكـا انجـام شد اين روش يكي از راه‌هاي كاهش مصرف برق در سيستم‌هاي تهويه مطبوع AC70 در زمان پيك مصرف است. ثنايي و شيرازي (2012)، يك سيستم ITES71 در سيستم‌هاي تهويه مطبوع AC مدلسازي كـرده و از جنبـه‌هاي انرژي، اكسرژي، اقتصادي و زيست محيطي تجزيه و تحليل كردند. بـا اسـتفاده از روش بهينـه‌سـازي الگـوريتم ژنتيـك و بهينه‌سازي چند هدفه ، مقادير پارامترهاي مختلف براي طراحي بهينه سيستم به دست آمد.
اكتشاف و بهره برداري منابع طبيعي هيدرات گازي
منابع زيادي از گاز طبيعي به صورت هيدرات در اعماق اقيانوس‌ها و درياها و در مناطق قطبي وجود دارد. پـيش بينـي‌هاي جهاني، مقدار گاز طبيعي موجود در هيدرات‌هاي مناطق قطبي را از 1062/1 تا 1020/5 تريليون فوت مكعب و براي لايـه‌هاي رسوبي اقيانوسي از 1051/1 تا 1087/2 تريليون فوت مكعب تخمين زده‌اند. ذخاير هيدرات را می‌توان به وسيله حفـاري و مطالعه نمونه‌هاي به دست آمده يا به صورت غير مستقيم و از طريق لرزه نگاري بررسي و مطالعه كرد. همچنين در برخي مـوارد از طريق چاه نگاري نيز می‌توان به وجود لايه‌هاي هيدرات پي برد. در اين بخش تحقيقات قابل توجهي يافت نشد.
تحليل آماری
از بين مقالاتي كه در سالهاي 2002 تا 2014 ميلادي در پايگاه علمي science direct و … در زمينـه هيـدرات گـازي در دسترس قرار گرفته اند حدود 60 مقاله مربوط به فعاليتهاي دانشگاه‌ها و مؤسسات ايراني است كه بيشتر اين مقالات در سـال هاي 2011 و 2012 به چاپ رسيده‌اند. نمودار ‏22 تعداد مقالات چاپ شده در سال‌هاي مختلف را نشان مي‌دهد که به خوبي می‌توان به روند رو به رشد تحقيقات در زمينه هيدرات گازي در ايران پي برد. در سال 2013 در این پایگاه معتبر 16860 مقاله در مورد تشکیل هیدرات چاپ شده است که اهمیت موضوع را نشان می‌دهد.

نمودار ‏22 : تعداد مقالات چاپ شده در سال‌هاي مختلف
پیشینه تحقیق در خارج از ایران
هدف از این فصل یک بررسی خلاصه به عنوان یک مرور کلی و چشم انداز تاریخی از سه دوره ذکر شده در بالا، و سپس بررسی دقیق‌تری از مفاهیم عمده خواهد شد.
پس از گذشت صد سال از مشاهده اولین کریستال هیدرات گازی در آزمایشگاه، هیدرات‌های گازی فقط در محافل علمی مطرح می‌شدند و مباحث مطرح شده تنها بر دو محور عمده قرار داشتند:
1- چه مولکول‌هایی توانایی تشکیل کریستال هیدرات را دارند؟
2- شرایط لازم برای تشکیل کریستال هیدرات چه می‌باشد؟
هیدرات‌ها در خطوط انتقال در اطراف شیرها، اتصالات و نقاط مرده جمع می‌شوند و باعث مسدود شدن و قطع جریان گاز می‌شوند. با رشد سریع صنعت نفت و گاز و به وجود آمدن مشکلات ناشی از مسدود شدن لوله‌های انتقال گاز طبیعی و به علت نیاز صنعت برای حل این مشکل و آگاهی از شرایط تشکیل هیدرات گازهای مختلف، صنعت و دولت‌ها به جمع محافل علمی پیوستند و خواهان مطالعات جدید‌تری در مورد این مولکول‌ها در زمینه‌هایی مثل ساختمان کریستالی و خواص آن‌ها، شراطی تشکیل، چگونگی جلوگیری از تشکیل و … شدند. به همین دلیل در چهل سال اخیر کریستال‌های هیدرات و تمامی مسائل درگیر با آن‌ حجم زیادی از مطالعات علمی را به خود اختصاص داده است.
اسلوان72 تاریخچه کشف هیدرات‌های گازی را مرور کرده است، همفری دیوی73 در سال 1810 اولین هیدرات را که یک ترکیب کریستالی کلر و آب بود کشف کرد. او در حین آزمایش‌های خود متوجه شد که وقتی کلرین را تا دمای کمتر از نه درجه سلسیوس سرد کند فاز جامدی تشکیل خواهد شد. در سال 1778 جوزف پریستلی74 حین ترک آزمایشگاه در زمستان، پنجره را باز رها کرده بود. وقتی به آزمایشگاه برگشت متوجه شد که بخار‌های SO2 باعث اشباع شدن آب شده و آب یخ بسته است. در حالی که این اتفاق برای SiF4 و HCL نیافتاده است. بنابراین اعتقاد بر این است که پریستلی سی سال قبل از این که دیوی هیدرات را کشف کند، آن‌ را کشف کرده بود. امّا با توجه به این که آزمایش پریستلی به طور معتبر ثبت نشده است کشف‌هیدرات‌گازی توسط دیوی که به طور مستقل انجام شده است به عنوان نخستین مشاهده تلقی‌می‌شود.
کالتیت75 در سال 1875 هیدرات استیلن را کشف کرد. روبلیکی76 در سال 1882هیدرات دی اکسید کربن را گزارش کرد. ویلارد و فورکراند77 بیش از 40 سال بر روی این ترکیبات کار کردند. ویلارد هیدرات‌های متان، اتان، استیلن و اتیلن را گزارش کرد. کالتیت و بوردت78 در سال 1882 هیدرات ترکیبی دی اکسید کربن و فسفین را کشف کردند. فورکراند و توماس79 در سال 1897 دریافتند که تتراکلریدکربن و استیلن تشکیل یک هیدرات دوگانه می‌دهند. هیدرات‌های دوگانه ترکیبات معینی هستند که دارای نقطه ذوب معینی می‌باشند و با هیدرات‌های ساده متفاوت‌اند، زیرا دمای تجزیه هیدرات دوگانه ممکن است با دمای تجزیه یکی از هیدرات‌های ساده متفاوت باشد.
نمودارهای فازی برای طبقه بندی هیدرات ها
روزبوم اولین نمودار دما-فشار برای هیدرات SO2 شبیه شکل ‏22، برای اجزای مختلف گاز طبیعی را ترسیم کرد. در شکل ‏22، H یعنی هیدرات، I برای یخ، V برای بخار، Lw و LHC برای فاز آبی و هیدروکربن‌های مایع است. که نقطه Q1 چهار برابر پایین تر و نقطه Q2 چهار برابر بالاتر می‌باشد. نمودارهای فازی به ما کمک می‌کنند تا بفهمیم هیدروکربن مورد بررسی در دما و فشار‌ مختلف دارای چه وضعیتی می‌باشد]36و37[.

شکل ‏22: نمودار فازي براي برخي از هيدروکربن گاز طبيعي ساده که هيدرات تشکيل می دهند
روشهای محاسباتی دستی برای پیش‌بینی تشکیل هیدرات
هنگام طراحی فرآیندهای مرتبط با هیدرات، اولین مشکل پیشبینی دما و فشاری است که در آن‌ هیدرات تشکیل میشود. برای شروع این بحث میتوان بدون استفاده از رایانه، چند روش دیگر را به کار برد. این روشها به “روش‌های محاسباتی دستی80” معروفند. زیرا آنها را میتوان با قلم و کاعذ انجام داد.
روشهای محاسباتی دستی برای تخمین سریع شرایط تشکیل هیدرات سودمندند. متأسفانه، ضعف این روشها این است که خیلی دقیق نیستند. علاوه بر این، بهطور کلی، هر چه دادههای ورودی کمتر باشد، نتایج نیز از دقت کمتری برخوردار خواهند بود. با اینحال، این روشها هنوز نیز کاربرد دارند.
دو روش متداول برای برآورد سریع شرایط بهوجود آمدن هیدرات وجود دارد. هر دو این روشها منتسب به کتز81 و همکاران وی است. همین مسئله به ایجاد سردرگمی منجر شده است. زیرا هر دو این روشها به “روش کتز” یا نمودارهای کتز معروفند و در واقع هر دو روش، شامل چندین نمودار هستند.
در اینجا برای تمیز دادن این دو روش از یکدیگر از نامهای “وزن مخصوص گاز” و “ثابت تعادلی K” استفاده میکنیم و تا حدی به جزئیات این دو خواهیم پرداخت]38[. روش نموداری سوم از طریق بیلی و ویچرت82 پیشنهاد شده است. این روش نیز بر اساس رویکرد وزن مخصوص است، با این تفاوت که شامل تصحیحی برای حضور سولفید هیدروژن نیز است. بههمین سبب این روش بیشتر برای مخلوطهای گازی ترش سودمند است.
روش وزن مخصوص گاز83
این روش از طریق کتز و همکاران در دهۀ 1940 توسعه داده شد. زیبایی این روش در سادگی آن‌ است، زیرا فقط شامل یک نمودار است. ویلکاکس84 و همکاران ]39[ نمودار هیدرات برای سه مخلوط گازی، با نامهای گاز C, B و D به دست آوردند. این مخلوطها شامل هیدروکربنهای پارافینی متان تا پنتان بودند. یکی از این مخلوطها حاوی 64/0 درصد نیتروژن (گاز B) و دیگری حاوی 43/0 درصد نیتروژن و 51/0 درصد دیاکسیدکربن (گاز D) بود. وزن مخصوص این گازها عبارت بود از:
گاز B: 6685/0، گاز C: 598/0، گاز D: 6469/0.
شکل ‏23، هیدرات این سه مخلوط بههمراه نمودار متان خالص را نشان میدهد. با پیدا کردن رابطۀ بین دادههای خام، نمودارهای این سه مخلوط رسم شدند. این شکل اساس و پایهای برای همۀ نمودارهای موجود در بحث هیدرات است.

شکل ‏23 : نمودار هیدرات برای سه مخلوط مورد بررسی ویلکاکس و همکاران ]39[
نمودار وزن مخصوص گاز در واقع همان رسم نمودار براساس فشار و دما و استفاده از پارامتر سوم وزن مخصوص گاز است. اولین منحنی در این شکلها، منحنیای که در فشارهای بالا قرار دارد، برای متان خالص است. استفاده از این نمودار بسیار ساده است. ابتدا وزن مخصوص گاز، که به آن‌ چگالی نسبی85 نیز میگویند، باید معلوم باشد. با معلوم بودن جرم مولی (وزن مولکولی) گاز، M، وزن مخصوص گاز، γ به صورت زیر محاسبه میشود:
(2-1)
γ=M/(28∙966)
966/28 جرم مولی استاندارد هواست. برای مثال، وزن مخصوص متان خالص برابر است با:
(2-2)
γ=(16∙043)/(28∙966)=0∙5539
روش ثابت تعادلی K
روش دوم در محاسبات دستی، روش ثابت تعادلی K 86 است. این روش از طریق کارسون و کتز87 ]40[ ابداع شد. البته بعد از آن‌ چندین نمودار و دادۀ دیگر نیز گزارش شد. یکی از نکات جالب دربارۀ این روش این است که نمودارهای اصلی کارسون و کتز در حالی که ابتدا با نام “نمودارهای آزمایشی” ارائه شدند، سالهاست که کاربرد دارند. ثابت تعادلی K بهصورت چگونگی توزیع یک جز بین هیدرات و گاز تعریف میشود:
(2-3)
K_i=y_i/s_i
که در آن‌ y_i و s_i بهترتیب کسر مولیهای جزء در بخار و هیدرات هستند. این کسر مولیها براساس آب آزاد نیستند و آب در محاسبات گنجانده نشده است. فرض بر این است که آب کافی در تشکیل هیدرات وجود دارد. برای هر یک از اجزای تشکیلدهندۀ هیدرات در گاز طبیعی نموداری موجود است، یعنی برای متان، اتان، پروپان، ایزوبوتان، نرمال بوتان، سولفید هیدروژن و دیاکسیدکربن.
همۀ موادی که هیدرات تشکیل نمیدهند،si=0، ثابت تعادلی K آنها برابر بینهایت است. بهعبارت دیگر، هیچکدام از این اجزا در فاز هیدرات وجود ندارند. این موضوع هم برای مولکولهای سبک، مانند هیدروژن، و هم برای مولکولهای سنگین مانند نرمال پنتان و نرمال هگزان صادق است، زیرا هیچیک هیدرات تشکیل نمیدهند.
روش بیلی- ویچرت
یکی دیگر از روشهای نموداری برای پیشبینی هیدرات از طریق بیلی- ویچرت ارائه شد ]41[. اساس این نمودار وزن مخصوص گاز است، امّا بسیار پیچیدهتر از روش وزن مخصوص گاز Katz میباشد. این نمودار برای گازهایی با وزن مخصوص بین 6/0 تا 1 کاربرد دارد.
علاوه بر وزن مخصوص، این روش تصحیحاتی برای حضور سولفید هیدروژن (تا 50 درصد مولی) و پروپان (تا 10 درصد مولی) نیز در نظر میگیرد. تأثیر پروپان به صورت یک تصحیح دمایی است که خود تابعی از فشار و غلظت H2S است. از میان روشهای سادۀ ارائه شده در این فصل، تنها روش بیلی- ویچرت برای گاز ترش طراحی شده است و این مزیتی برای این روش نسبت به روش وزن مخصوص گاز و ثابت تعادلی K محسوب میشود.
دیگر روابط همبستگی
این روابط همبستگی علاوهبر محاسبات دستی برای محاسبات اکسلی نیز مناسبند. امّا کاربر باید توجه داشته باشد که این روابط دقیقتر از نمودارهای اصلی نیستند. بهعلاوه برای مخلوطهای گازی ترش نیز کاربرد ندارند. هنگام استفاده از از این معادلات، خواننده باید توجه داشته باشد که لگاریتم معمولی (log) بر پایۀ 10 و لگاریتم طبیعی (ln) بر پایۀ عدد نپر (e) است.
ماکاگون
ماکاگون88 (1981) رابطۀ سادهای برای فشار تشکیل هیدرات بر حسب دما و وزن مخصوص گاز برای هیدروکربنهای پارفینی ارائه داد. رابطۀ وی بهصورت زیر است:
(2-4)
logP =β + 0.0497 (t + kt2 ) – 11
که در آن‌ P بر حسب مگاپاسکال، t بر حسب سلسیوس است. ماکاگون روابطی گرافیکی برای β و k نیز ارائه داد، امّا الگیبالی و الکامل89 روابط سادۀ زیر را پیشنهاد کردند.
(2-5)
β = 2.681 – 3.811 γ + 1.679 γ2
(2-6)
k = -0.006 + 0.011γ + 0.011
توجه داشته باشید که فرمولاسیون کامل ارائه شده این رابط همبستگی از طریق الگیبالی و الکامل ]42[ با خطا همراه است، امّا رابطۀ

پایان نامه
Previous Entries منابع و ماخذ پایان نامه شبیه‌سازی Next Entries منابع و ماخذ پایان نامه دینامیکی، مدل پیشنهادی، گاز طبیعی