f
سپاس آخر را به مهربانترين همراهان زندگيم، به پدر و مادرم تقديم مي‌کنم که حضورشان در فضاي زندگيم مصداق بي رياي سخاوت بوده است.
تقدیم به پدر گرامی و مادر عزیزم
آنان که همیشه دوستشان دارم و سلامتشان را از خداوند متعال خواستارم.
فهرست مطالب
ردیف عنوان صفحه
1 فصل اول : هیدرات گازی و عوامل مؤثر در آن
1-1 هیدرات 3
1-2 تشکیل هیدرات ها 3
1-3 شرایط تشکیل هیدرات 4
1-4 فاکتورهای مؤثر در تشکیل هیدرات 5
1-5 آب و گاز طبیعی 6
1-5-1 آب آزاد 7
1-6 بیان مساله پژوهش 8
1-7 ضرورت و اهمیت انجام پژوهش 9
1-7-1 اهمیت هیدرات‌های گازی 10
1-7-2 زمینه‌های تحقیقاتی هیدرات 11
1-8 وجه تمایز پژوهش با سایر پژوهش‌ها 11
1-9 اهداف پژوهش 12
1-10 سؤالات پژوهش 12
1-11 فرضیه‌های پژوهش 13
1-12 انواع و ساختار هیدرات 13
1-12-1 ساختار هیدرات نوع I 15
1-12-2 ساختار هیدرات نوع II 15
1-12-3 ساختار هیدرات نوع H 16
1-13 اندازۀ مولکول مهمان 17
1-14 ساير تشکيل دهنده‌هاي هيدرات 19
1-14-1 فرئون‌ها 19
1-14-2 هالوژن‌ها 19
1-14-3 گازهای نجیب 19
1-14-4 هوا 19
1-14-5 سایر تشکیل دهنده‌ها 20
1-15 کاربرد‌های هیدرات 20
1-15-1 کریستال هیدرات در فرآیند‌های جداسازی 20
1-15-2 غنی سازی اکسیژن با استفاده از تشکیل هیدرات گازی 21
1-15-3 تغلیظ به کمک تشکیل هیدرات 21
1-15-4 هیدرات گازی و شیرین سازی آب دریا 21
1-15-5 جدا سازی دی اکسید کربن دریایی 22
1-15-6 ذخیره و انتقال گاز طبیعی 22
1-16 کریستال هیدرات در محیط زیست 23
1-17 راه‌هاي جلوگیري از تشکیل هیدرات 23
1-18 اثر افزودنی‌ها بر تشکیل هیدرات 24
1-19 عوامل بازدارنده تشکیل هیدرات‌ها 26
1-19-1 بازدارنده‌های ترمودینامیکی 27
1-19-2 بازدارنده‌های سینتیکی 28
1-19-3 بازدارنده‌های ضدتجمی یا ضد کلوخه ای 29
1-19-4 مواد افزودنی که هیدرات‌ها را در یکی از ساختار‌های I، II یا H پایدار می‌کند 30
2 فصل دوم : تاریخچه و تحقیقات انجام شده در مورد هیدرات گازی
2-1 تاریخچه کشف هیدرات 31
2-2 پیشینه تحقیق در ایران 32
2-2-1 مطالعات پایه 33
2-2-1-1 تعادلات فازی 33
2-2-1-1-1 مطالعات تجربی 33
2-2-1-1-2 مطالعات تئوری 35
2-2-1-2 سينتيك تشكيل و تجزيه هيدرات 36
2-2-1-3 مطالعه ساختارهاي مولکولي 37
2-2-1-4 خواص فيزيكي – حرارتي 38
2-2-2 مباحث زيست محيطي هيدرات 38
2-2-2-1 اثرات گاز متان بر محيط زيست 38
2-2-2-2 ذخيره سازي گاز دي اكسيد كربن به شكل هيدرات 39
2-2-3 توسعه هيدرات و كاربردهاي نوين 39
2-2-3-1 جداسازي مخلوط هاي گازي 39
2-2-3-2 نمك زدايي آب دريا 40
2-2-3-3 ذخيره سازي و انتقال گاز طبيعي به صورت هيدرات 40
2-2-3-4 ذخيره سازي انرژي گرمايي 41
2-2-4 اكتشاف و بهره برداري منابع طبيعي هيدرات گازي 41
2-2-5 تحليل آماری 42
2-3 پیشینه تحقیق در خارج از ایران 42
2-4 نمودارهای فازی برای طبقه بندی هیدرات‌ها 44
2-5 روشهای محاسباتی دستی برای پیش‌بینی تشکیل هیدرات 44
2-5-1 روش وزن مخصوص گاز 45
2-5-2 روش ثابت تعادلی K 46
2-5-3 روش بیلی- ویچرت 47
2-5-4 دیگر روابط همبستگی 47
2-5-4-1 ماکاگون 47
2-5-4-2 کوبایاشی و همکاران 48
2-5-4-3 مطیعی 48
2-5-4-4 کسترگارد و همکاران 48
2-5-4-5 تولر و مخاطب 49
2-6 روشهای رایانه‌ای برای پیش‌بینی تشکیل هیدرات 49
2-6-1 تعادل فازی 49
2-6-2 واندروالس و پلاتیو 51
2-6-3 پاریش و پراسنیتز 51
2-6-4 انجی و رابینسون 52
3 فصل سوم : بررسی روشهای بازدارنده در تشکیل هیدرات
3-1 روش تحقیق 53
3-2 مرحله قبل از پیدایش هیدرات 54
3-2-1 نم‌زدایی از گاز طبیعی 54
3-2-1-1 نم‌زدایی از طریق گلایکول 55
3-2-1-1-1 جاذب‌های مایع 55
3-2-1-1-2 گلایکول‌ها 56
3-2-1-1-3 توصیف فرآیند 56
3-2-1-2 غربال‌های مولکولی 57
3-2-1-2-1 توصیف فرآیند 58
3-2-1-3 تبرید 59
3-2-1-3-1 توصیف فرآیند 59
3-3 تشکیل هیدرات حین شروع پدیده 60
3-4 تشکیل هیدرات با پیدایش مستمر پدیده 65
3-4-1 دینامیک سیالات عددی پژوهش 66
3-4-1-1 مراحل آنالیز جریان به کمک نرم افزار کامسول 67
3-4-1-2 پیش پردازش 67
3-4-1-3 حل عددی میدان جریان 68
3-4-1-4 پس پردازش نتایج 69
3-4-1-5 نکات مهم در شبیه سازی عددی جریان 70
3-4-1-6 چگونگی شبیه سازی عددی جریان 71
3-4-1-7 مشکلات عمده 72
3-4-1-8 خطا‌ها 72
3-4-2 تئوری و فرمولاسیون 73
3-4-2-1 معادلات Mixture Model, Laminar Flow 73
3-4-2-2 معادلات Laminar Flow 76
3-4-2-3 معادلات Heat Transfer in Fluid 76
3-4-2-4 معادلات Transport of Diluted Species 77
3-4-3 محاسبات تبخیر ناگهانی 77
3-4-4 مدل سازی و شرح مسئله 78
3-5 مرحله بعد از پیدایش هیدرات 84
3-5-1 انتخاب بازدارنده برتر 88
4 فصل چهارم : تجزیه و تحلیل داده‌ها (یافته‌ها)
4-1 مبارزه با هیدرات با استفاده از گرما و فشار 92
4-1-1 کاهش فشار 92
4-1-2 استفاده از گرما 93
4-1-3 اتلاف گرما از یک خط لولۀ مدفون 94
4-1-3-1 سهم سیال 95
4-1-3-2 سهم لوله 95
4-1-3-3 سهم زمین 96
4-1-3-4 ضریب کلی انتقال حرارت 96
4-1-3-5 حرارت منتقل شده 96
4-2 مبارزه با هیدرات با استفاده از مقاومت های انتقال حرارت و انتقال جرم 97
4-2-1 انتقال جرم 97
4-2-2 انتقال حرارت 98
4-3 نتایج شبیه سازی مدل 99
4-4 نتایج شبیه سازی شبکه انتقال گاز 111
4-5 انتخاب بازدارنده برتر 117
5 فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 نم‌زدایی گاز 121
5-2 مقاومت‌های انتقال جرم و حرارت هیدرات 122
5-3 مدل سازی قطاعی از لوله دارای هیدرات 123
5-4 شبکه انتقال گاز 125
5-5 انتخاب بازدارنده برتر 126
پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………….128
منابع و مأخذ …………………………………………………………………………………………………..129
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 3 1 : محاسبات تبخیر ناگهانی سیستم متان- آب در دمای 274 کلوین 77
جدول 3 2 : محاسبات تبخیر ناگهانی سیستم اتان- آب در دمای 274 کلوین 77
جدول 3 3 : محاسبات تبخیر ناگهانی سیستم پروپان- آب در دمای 274 کلوین 78
جدول 3 4 : خواص گوشت لوله از جنس Stainless Steel 79
جدول 3 5 : خواص آب درون لوله به صورت پراکنده 79
جدول 3 6 : خواص گاز درون لوله به صورت پیوسته (گاز متان) 79
جدول 3 7 : شرايط مرزي براي جريان سيال 79
جدول 3 8 : شرايط مرزي براي فاز پراكنده 79
جدول 3 9 : مشخصات جریان مخلوط در درون لوله 79
جدول 3 10 : ورودی خواص سيال و ذرات جامد پراكنده به نرم افزار 80
جدول 3 11 : شرايط مرزي براي جريان سيال 80
جدول 3 12 : ورودی شرايط سیال آرام داخل لوله به نرم افزار 80
جدول 3 13 : داده‌های ورودی انتقال حرارت به نرم افزار 81
جدول 3 14 : شرايط مرزي برای انتقال حرارت داخل لوله 81
جدول 3 15 : داده‌های ورودی مومنتوم به نرم افزار 81
جدول 3 16 : شرايط مرزي برای غلظت گونه گازی (متان CA) داخل لوله 81
جدول 3 17 : مشخصات مش بندی شبکه لوله 82
جدول 3 18 : مشخصات حل کننده شبیه سازی 82
جدول 3 19 : تفکیک کننده‌های مسئله برای اعتبار سنجی حل کننده 82
جدول 3 20 : داده‌های ورودی خط ایستگاه S003 84
جدول 3 21 : داده‌های ورودی خط ایستگاه S001 84
جدول 3 22 : داده‌های خروجی خط ایستگاه D001 84
جدول 3 23 : ترکیبات ورودی خط S003 به همراه ترکیب درصد‌های مولی 84
جدول 3 24 : ترکیبات ورودی خط S001 به همراه ترکیب درصد‌های مولی 85
جدول 3 25 : شرایط فیزیکی و محیطی لوله‌های انتقال گاز شبکه 86
جدول 3 26 : ترکیبات گازی لاوان 88
جدول 3 27 : تزریق مواد بازدارنده شیمیایی در ابتدای خط انتقال گاز (حالت 1) 90
جدول 3 28 : تزریق مواد بازدارنده شیمیایی در انتهای خط انتقال گاز (حالت 1) 91
جدول 3 29 : تزریق مواد بازدارنده شیمیایی در ابتدای خط انتقال گاز (حالت 2) 91
جدول 3 30 : تزریق مواد بازدارنده شیمیایی در انتهای خط انتقال گاز (حالت 2) 91
فهرست نمودار‌ها
عنوان صفحه
نمودار 2 1 : نمودار نیمه لگاریتمی رشد انتشارات هیدرات در قرن بیستم 32
نمودار 2 2 : تعداد مقالات چاپ شده در سال‌هاي مختلف 42
نمودار 3 1 : تغییرات ارتفاع در خط L005 85
نمودار 3 2 : تغییرات ارتفاع در خط L006 85
نمودار 3 3 : تغییرات ارتفاع در خط L008 86
نمودار 3 4 : منحنی تشکیل هیدرات برای بازدارنده MeOH با درصد وزنی مختلف 88
نمودار 3 5 : منحنی تشکیل هیدرات برای بازدارنده NaCL با درصد وزنی مختلف 88
نمودار 3 6 : منحنی تشکیل هیدرات برای بازدارنده KBr با درصد وزنی مختلف 89
نمودار 3 7 : منحنی تشکیل هیدرات برای بازدارنده Na2SO4 با درصد وزنی مختلف 89
نمودار 3 8 : منحنی تشکیل هیدرات برای بازدارنده NaF با درصد وزنی مختلف 89
نمودار 3 9 : منحنی تشکیل هیدرات برای بازدارنده KCL با درصد وزنی مختلف 90
نمودار 4 1 : مقایسه نتایج تجربی و مدلسازی غلظت فاز پراکنده برای مقطع 5/1 متری ورودی 100
نمودار 4 2 : مقايسه غلظت فاز جامد حاصل از مدلسازي، در مقطعي ثابت در زمان‌هاي مختلف 101
نمودار 4 3 : توزيع سرعت محوري در زمان‌هاي 01/0 ،1/0 و 1 ثانيه پس از برقراري جريان 101
نمودار 4 4 : توزيع غلظت فاز جامد مدلسازي در دو سرعت ورودي 0.061 m/s و 0.029 m/s 102
نمودار 4 5 : مقایسه نتایج تجربی و مدلسازی کسر‌حجمی فاز پراکنده در مقطع پایین لوله 103
نمودار 4 6 : مقایسه نتایج تجربی و مدلسازی غلظت فاز پیوسته در مقطع پایین لوله 103
نمودار 4 7 : مقایسه نتایج تجربی و مدلسازی غلظت فاز پراکنده در مقطع پایین لوله 104
نمودار 4 8 : تغییرات دما در طول لوله در سه مقطع اصلی 108
نمودار 4 9 : تغییرات فشار در طول لوله در سه مقطع اصلی 108
نمودار 4 10 : تغییرات کسر حجمی فاز پراکنده در طول لوله در سه مقطع اصلی 109
نمودار 4 11 : تغییرات سرعت مخلوط در طول لوله در سه مقطع اصلی 109
نمودار 4 12 : تغییرات دما در قطر لوله در دو مقطع میانی 109
نمودار 4 13: تغییرات فشار در قطر لوله در دو مقطع میانی 110
نمودار 4 14: تغییرات کسر حجمی فاز پیوسته و پراکنده در قطر لوله در دو مقطع میانی 110
نمودار 4 15 : تغییرات غلظت فاز پیوسته و پراکنده در قطر لوله در دو مقطع میانی 110
نمودار 4 16 : منحنی‌های تشکیل هیدرات برای هر سه خط شبکه انتقال 111
نمودار 4 17: تغییرات فشار در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال 112
نمودار 4 18: تغییرات دما در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال 112
نمودار 4 19 : تغییرات آنتالپی در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال 113
نمودار 4 20: تغییرات دانسیته در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال 113
نمودار 4 21 : تغییرات ویسکوزیته گاز در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال 114
نمودار 4 22 : تغییرات سرعت مخلوط در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال 115
نمودار 4 23 : phase Envelope و منحنی هیدرات و بدون تزریق بازدارنده 116
نمودار 4 24 : phase Envelope و منحنی هیدرات و بازدارنده متانول با 20 درصد غلظت 116
نمودار 4 25 : phase Envelope و منحنی هیدرات و بازدارنده متانول با 30 درصد غلظت 116
نمودار 4 26 : مقايسه بازدارنده‌های نمکی تشکيل هيدرات‌گازي ميدان لاوان با 10 درصد وزني 119
نمودار 4 27 : مقايسه بازدارنده‌های نمکی تشکيل هيدرات‌گازي ميدان لاوان با 20 درصد
