بخشی از مقاله
.1 مقدمه
گرمایش زمین پدیدهای است که منجر به افزایش دمای سطح زمین و اقیانوسها میشود. تحقیقات نشان داده است که در طی یک قرن گذشته دمای کرهزمین حدود -0/3°C 0/6 افزایش یافته است[1] و پیشبینی میشود که دمای زمین تا سال 2070، 1-6°C افزایش یابد.[2] اندازهگیری دمای کرهزمین از سال 1880 آغاز شده است و 10 مورد از گرمترین سالهای جهان از سال 1997 تا سال 2007 میلادی به ثبت رسیده است که این میزان در 150 سال گذشت بیسابقه بوده است.[3] گازهای گلخانهای سهم قابل ملاحظهای در افزایش دمای زمین دارند. غلظت COR2R به عنوان یک گاز گلخانهای پس از انقلاب صنعتی تاکنون افزایش چشمگیری داشته است. غلظت این گاز از آن زمان تاکنون، از 280 ppmP1F2P به 380 ppm افزایش یافته است. پیشبینیها نشان میدهد که غلظت COR2R تا سال 2100 بین 500 ppm تا 1000 افزایش پیدا خواهد کرد.[5 ,4] شکل 1 سهم عمدهی گاز COR2R را به عنوان یک گاز گلخانهای در فرایند گرمشدن زمین نشان میدهد.
شکل .1 گازهای گلخانهای و نقش آنها در گرمشدن کرهزمین[1]
بسیاری از محققان بر این باورند که برای کنترل فرآیند گرمشدن زمین باید از راهکارهای سریع و خلاقانه بهره برد. سه روش اساسی برای کنترلکردن انتشارات COR2R به جو زمین وجود دارد: (1 استفاده از سوختهای غیر کربنی، (2 افزایش بازده انرژی و (3 نگهداری زیرزمینی کربن به روشهای گوناگون.[2] در بین راهکارهای موجود برای کاهش تغییرات جوی و معکوس کردن روند تخریب محیط زیست، جمعآوری و ذخیره کربن (CCSP2F3P) به عنوان یک تکنولوژی کلیدی مطرح شده است که شامل سه مرحله اساسی است: ابتدا COR2R از منابع عظیم تولیدی جمعآوری و به یک محل نگهداری مناسب منتقل میشود و در نهایت به یک منبع مناسب به منظور دفع پایای COR2R تزریق میشود.[6]
گزینههایی که برای ذخیره COR2R در سازندهای زیرزمینی وجود دارد به سه دسته تقسیم میشوند: تزریق به مخازن نفت و گاز تخلیهشده، تزریق به معادن زغالسنگ غیرقابلاستخراج و تزریق به سازندهای آبده نمکی.P43FP تزریق R COR2به سازندهای آبده نمکی در مقایسه با دو گزینه دیگر بالاترین پتانسیل را برای نگهداری COR2R دارد.[7] تاکنون تحقیقات زیادی به منظور جایگزینی هیدرات CHR4R با هیدرات COR2R در اثر تزریق COR2R به منابع هیدراتی صورت گرفته شده است. با توجه به ظرفیت بالا و شرایط مناسب منابع طبیعی هیدرات گازی در نگهداری COR2R، این منابع را میتوان به عنوان گزینه چهارم برای نگهداری زیرزمینی COR2R در نظر گرفت. این فرایند یک روش مطلوب برای نگهداری دراز مدت COR2R در این منابع محسوب میشود چون باعث پایدار ماندن پیوسته سطح آب دریا پس از بازیافت CHR4R میشود. هیدرات CHR4R و COR2R ساختار مشابه دارند اما محاسبات تعادل سه فازی (مایع- بخار- هیدارت) نشان میدهد که هیدرات COR2R در دماهای پایین از لحاظ ترمودینامیکی پایدارتر از هیدرات CHR4R است.[8] از طرفی نتایج تحقیقات نشان داده است که استفاده از تکنولوژی هیدرات گازی برای کاهش انتشارات COR2R نسبت به بقیه روشها از لحاظ اقتصادی سودمندتر است.[9]
2 Parts per million 3 Carbon Capture and Sequestration-CCS 4 Aquifer
دومین همایش ملی هیدرات گازی ایران 25-26 اردیبهشت 1392، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه سمنان
.2 هیدراتهای گازی و اهمیت آنها
هیدراتهای گازی یا اندرونگیرهاP5FP4 جامدات کریستالی هستند که در حین تماس مولکولهای آب در دمای پایین و فشار بالا با مولکولهای گازی مناسب تشکیل میشوند.[10] هیدراتهای گازی در ظاهر شبیه به ترکیبات شیمیایی هستند، چون در یک دما و فشار مشخص ترکیب ثابتی دارند، اما در واقع هیدراتها ترکیبات مولکولی هستند.[11] مولکولهای آب از طریق پیوند هیدروژنی چارچوبی ایجاد میکنند که حاوی حفرههای نسبتاً بزرگی است که این حفرهها به وسیله گازهای مشخصی اشغال میشوند. این گازها باعث پایداری ساختار هیدرات از طریق نیروهای واندروالس میشوند.[12]
بر اساس شرایط و اندازه نسبی مولکول گاز و حفره، هیدرات میتواند ساختارهای کریستالوگرافی متفاوتی داشته باشد که شامل ساختارهای I و II و H است . ساختار نوع I و II ساختارهای مکعبی هستند.[13] هیدرات نوع H، یک هیدرات دوبل است که نیاز به دو نوع مولکول گازی دارد.[14] شکل 2 ساختار هیدرات CHR4Rرا به عنوان گستردهترین ترکیب هیدروکربنی بر روی کرهزمین (ساختار نوع ( I نشان میدهد. برای تشکیل هیدرات گازی باید چهار شرط به صورت همزمان وجود داشته باشد که شامل، دمای پایین، فشار بالا، حضور آب و گاز است.
شکل .2 ساختار هیدرات متان[11]
دو دیدگاه متفاوت در زمینه تشکیل هیدرات وجود دارد. در دیدگاه اول، هیدراتهای گازی جامدات مضری هستند که باعث انسداد تجهیزات فرآوری و انتقال نفت و گاز میشوند و برای صنعت مشکلساز خواهند بود.[10] اما از دیدگاه دوم، هیدراتهای گازی منبع قابل اعتمادی از انرژی محسوب میشوند. منابع بالقوه عظیمی از هیدرات گازی با وزنی در حدود toe5FP6P 5 * P5P10 در سیاره ما وجود دارد. اگر تنها 17 تا 20 درصد از این منابع به مرحله تولید برسد، ذخیره کافی انرژی برای 200 سال آینده وجود خواهد داشت.[1] تخمین زده شده است که انرژی ذخیره شده در این منابع حدود دو برابر انرژی ذخیره شده در منابع نفت و گاز است. تکنولوژی هیدرات گازی در زمینه شیرین سازی آب دریا، جداسازی گاز، انتقال گاز طبیعی و در جدا کردن COR2R از جریان های گازی نیز کاربرد دارد.[15]
.1.2 هیدرات های گازی طبیعی
هیدراتهای گاز طبیعی مواد معدنی نیمهپایدرای هستند که تشکیل و تفکیک آنها به فشار، دما، ترکیب گاز، درجه شوری آب و ویژگیهای فیزیکی محیط متخلخل که هیدرات در آن تشکیل میشود بستگی دارد.[16] با افزایش بحران انرژی در جهان امروز، یافتن یک منبع انرژی نوین که جایگزین منابع سنتی انرژی باشد بسیار حیاتی است. در سالهای اخیر منابع طبیعی هیدرات گازی در دریا و مناطق یخبندان زمین شناسایی شده است که به عنوان یک منبع انرژی بسیار مهم برای آیندگان محسوب میشود.
منابع طبیعی هیدرات گازی به چهار دسته اصلی تقسیمبندی میشوند، دسته اول شامل منابعی است که در آن یک لایه هیدارت بر روی یک منطقه دوفازی سیال حاوی آب و گاز قرار گرفته است. دسته دوم شامل یک لایه هیدرات بر روی یک
5 Clathrate 6Tons of oil equivalent
3
استفاده از منابع طبیعی هیدرات گازی
منطقه با آب متحرک است. دسته سوم شامل یک لایه هیدرات است که در زیر آن هیچ سیال متحرکی قرار ندارد. دسته چهارم نیز در دریا با اشباعیت کم قرار دارد. لازم به ذکر است که تمامی منابع هیدراتی را نمیتوان در دستهبندی بالا گنجاند.[17] در بین این چهار دسته، منابع دسته 1 با اشباعیت بالای آب برای ذخیره COR2R مناسب هستند.[18]
چگونگی تشکیل هیدراتهای گازی و مکان تشکیل آنها تحت تاثیر عوامل متعددی میباشد از جمله: شرایط ترمودینامیکی منطقه تشکیل هیدرات (HFZ6FP7P)، میزان تولید و مهاجرت هیدروکربنها، ترکیب گاز، درجه شوری آب، درجه اشباع گاز، ساختار محیط متخلخل، ویژگیهای سنگشناختی مخزن، گرادیان دمایی در منطقه تشکیل هیدرات و سنگهای زیرین و نیز حالت فازی تشکیلدهندهی هیدرات. منطقه تشکیل هیدرات، ضخامت لایهای را شامل میشود که دما و فشار آن با شرایط تشکیل هیدرات تطابق داشته باشد. مناطق تشکیل هیدرات در نواحی بسیار سرد زمین مثل مناطق قطبی، اعماق دریاها و دریاچههای عمیق و نیز در رسوبات شیب قارهای و قسمتهای عمیقتر اقیانوسها که دارای دمای پایین و فشار بالا هستند قرار دارد. تاکنون بیش از 230 مخزن هیدرات، در جهان شناسایی شده است که از این میان تنها سه میدان »مسویاخا«8F7 (روسیه)، »مالیک«9F8 (کانادا)، »نانکای«10F9 (ژاپن) تجربه تولید داشته اند.[16] شکل 3 توزیع ذخایر هیدراتهای گازی که وجود آنها به اثبات رسیده است را نشان میدهد.
شکل .3 توزیع مخازن کشف شدهی هیدرات[11]
اولین تولید تجاری از مخازن هیدرات گاز طبیعی در سیبری صورت گرفت. مطالعات ژئوفیزیکی و ترموفیزیکی جامع به کمک چاههای حفر شده در میدان مسویاخا در سیبری در سال 1964 نشان داد که گاز طبیعی به شکل هیدرات، در بخشهای بالاتر این میدان وجود دارد، بخش زیرین این میدان نیز حاوی گاز طبیعی به شکل آزاد میباشد.[16]
تولید گاز از میدان مسویاخا نقش مهمی در رشد تحقیقات در زمینه بهرهبرداری از منابع هیدراتهای گازی داشته است و علاوه بر این وجود ذخایر هیدرات و امکان توسعهی تجاری ونقش آنها در زمینه های زیست محیطی را اثبات نموده است.[16]
.1.1.2 شناسایی منابع هیدراتی در دریای عمان و دریای خزر و چالشهای پیش رو
در سالهای اخیر تحقیقاتی در زمینه بررسی شرایط تشکیل و پایداری هیدراتهای گازی و همچنین پیجویی و شناسایی اینگونه ساختارها باتوجه به نشانهها و نشانگرهای لرزهای در قسمت ایرانی دریای عمان صورت گرفته شده است.[19] شرایط تشکیل و پایداری هیدراتهای گازی در رسوبات بستر قسمتهای عمیق دریای عمان و حضور هیدراتهای گازی با استفاده از
7Hydrate formation zone 8Messoyakha 9Mallik 10Nankai
دومین همایش ملی هیدرات گازی ایران 25-26 اردیبهشت 1392، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه سمنان
نشانگر تجزیه طیفی نیز مورد بررسی قرار گرفته شده است.[20] تحقیقات و بررسیهای صورت گرفته در مورد تشکیل و پایداری هیدراتهای گازی در دریای عمان حاکی از آن است که شرایط اساسی برای تشکیل و پایداری هیدراتهای گازی در رسوبات بستر دریا که عمق آب در آنها بیشتر از 850 متر باشد در قسمت ایرانی دریای عمان وجود دارد.[19] شکل 4 تغییرات دما بر حسب عمق در دریای عمان و نمودار مرز پایداری هیدراتهای گازی را ارائه میدهد. محل تقاطع این دو نمودار در عمق 850 متری است و از این عمق به بعد رسوبات بستر دریای عمان شرایط تشکیل و پایداری هیدرات های گازی را از لحاظ ترمودینامیکی دارا هستند.
