بخشی از مقاله
خلاصه
تشکیل هیدرات گازی میتواند باعث گرفتگی خط لوله و به دنبال آن مشکلات جدی عملیاتی و ایمنی شود، لذا تحقیق و مطالعه در این زمینه امری ضروری محسوب میشود. تشکیل هیدرات بهمنظور مطالعه آزمایشگاهی، نیازمند شرایط دشواری نظیر فشار بالا - حدود 50 بار - میباشد، به همین منظور از تتراهیدروفوران - THF - که بهراحتی در فشار اتمسفر تشکیل هیدرات میدهد و ساختاری مشابه هیدرات گاز طبیعی دارد بهعنوان مدلی برای بررسی هیدرات گاز طبیعی استفاده میگردد.
در این تحقیق آزمایشها در یک رآکتور دوجداره با دمای جداره 2 درجه سانتیگراد انجام شد و ایزوپروپانول با چهار غلظت 0/5، 1، 1/5 و 2 درصد وزنی بهعنوان بازدارندهی هیدرات به محلول استوکیومتری آب و THF اضافه گردید. نتایج نشان داد که حضور ایزوپروپانول با کاهش دمای تعادل و افزایش زمان القا بهخوبی نقش بازدارنده را در سیستم ایفا میکند و با افزایش غلظت آن، نقش بازدارندگی آن افزایش مییابد. با توجه فراریت کمتر آن نسبت به دیگر الکلها، ایزوپروپانول میتواند نقش یک بازدارندهی ترمودینامیکی را در صنعت را بهخوبی ایفا کند.
-1 مقدمه
گاز طبیعی و نفت خام بهطور طبیعی در مخازن زیرزمینی در تماس با آب میباشند. مولکولهای آب به خاطر داشتن پیوندهای هیدروژنی قوی با به وجود آمدن حفرههایی، ساختار شبکهای تشکیل میدهند.
هیدراتهای گازی، ترکیبی با شبکههای بلوری هستند که از پیوستن و قرار گرفتن مولکولهای گازهای سبک بهعنوان مهمان در حفرات موجود در مولکولهای آب بهعنوان میزبان تحت شرایط مناسبی از دما و فشار به وجود میآیند
هیدراتهای گازی میتوانند درخط لوله تشکیل و باعث مشکلات جدی عملیاتی و ایمنی شوند که متداولترین روش برای جلوگیری از تشکیل هیدرات شیمیایی در، تزریق بازدارندههای خطوط انتقال است انواع مختلفی از بازدارنده های شیمیایی وجود دارد که از میان آنها دو گروه مهم به نام بازدارندههای سینتیکی و بازدارندههای ترمودینامیکی موردتوجه میباشد.
بازدارندههای سینتیکی معمولاً مرحلهی هستهزایی را به تأخیر میاندازند و گرایش به تجمع کریستالهای هیدرات را کاهش میدهند.[3 ] اثر آنها به این شکل است که بر روی مولکولهای آب جذب سطحی میشوند و جلوی تشکیل پیوند مولکولهای گاز با آب را میگیرند.[4 ] بازدارندههای ترمودینامیکی در آب حلشده و روی تعادل ترمودینامیکی آبی تأثیر میگذارد و با کاهش فعالیت آب، شرایط تعادلی تشکیل هیدرات را به فشار بالاتر و دمای پایینتر جابجا و از تشکیل هیدرات جلوگیری میکنند.
کریستالهای هیدرات دارای سه ساختار H، II و I میباشد که بستگی به نوع و اندازه مولکول میهمان دارد.[1] در تشکیل هیدرات هنگامیکه حفرهها به میزان کافی توسط مولکولهای گاز پر شدند و بهاندازه بحرانی خود رسیدند - بعد از گذشت یکزمان القا - ، رشد کریستالها در سطح تماس گاز‐ آب شروع میشود1 ] و .[6 زمان القا مدتزمان طی شده از هنگام فراهم شدن شرایط مناسب ترمودینامیکی تا انتهای فرایند هستهزایی است و یکی از مهمترین پارامترها در تشکیل هیدرات محسوب میشود. عوامل مختلفی نظیر میزان رطوبت، نیروی محرکه، درجه فوق اشباع و حضور مواد افزودنی بر روی زمان القا تأثیر میگذارند.
تحقیقات زیادی با THF و آب برای بررسی تشکیل هیدرات در فاز مایع انجامشده است ؟هیدراتهای THF بهطور وسیعی برای غربال کردن بازدارندههای هیدرات گاز طبیعی استفاده میشوند، به این دلیل که THF مایعی است که کاملاً در آب قابلحل بوده و میتواند تحت فشار محیط و دمای زیر ُُ در نسبت مولی ٌ به ٌْ - THF به آب - بهراحتی هیدرات تشکیل دهد. [8 ] هیدراتهای THF ساختار II هیدرات، مشابه با گازهای طبیعی، ایجاد میکنند و به همین دلیل آنها میتوانند بهعنوان مدلی در بررسی هیدراتهای گاز طبیعی بدون نیاز به فشارهای بالا استفاده شوند.[9]
-2 آزمایش
1-2 دستگاه آزمایشگاهی
دستگاه شامل یک ژاکت حرارتی به حجم 300 سانتیمتر مکعب است که برای سرمایش و گرمایش رآکتور داخل آن استفادهشده است. رآکتور شیشهای به طول 20 سانتیمتر و قطر 3 سانتیمتر محلول مورد آزمایش در آن قرار میگیرد. از یک همزن مغناطیسی نیز برای همگن کردن محلول درون رآکتور استفادهشده است و با کمک یک حمام سرد دمای ژاکت حرارتی کنترل میشود. دمای سیال درون رآکتور توسط سنسور دمایی PT100 با دقت 0/ 1 کلوین اندازهگیری شده و توسط نمایشگر نشان داده میشود. نمای کلی دستگاه و نحوهی ارتباط آنها در شکل 1 نشان دادهشده است.
شکل -1 دستگاه آزمایشگاهی تشکیل هیدرات THF
2-2 مواد مورداستفاده در آزمایش
تتراهیدروفوران با غلظت % 99/5 از شرکت مرک آلمان، ایزوپروپانول با خلوص %99/5 از شرکت دکتر مجللی و آب مقطر دیونیزه از شرکت بحر زلال ایران تهیه شد.
3-2 روش انجام آزمایش
بهمنظور انجام آزمایش، 15 گرم از محلول استوکیومتری آب و THF با نسبت مولی 17 به 1 - 1 مربوط به THF است - که شامل 2/85 گرم THF و 12/15 گرم آب دیونیزه است، تهیه میشود. سپس ایزوپروپانول در چهار غلظت 0/5، 1، 1/5 و 2 درصد وزنی به آن افزودهشده و محلول بهمنظور همگنسازی و رسیدن به دمای محیط، 5 دقیقه بر روی همزن مغناطیسی قرار میگیرد. پس از رسیدن دمای ژاکت حرارتی به دمای موردنظر 2 - درجه سانتیگراد - ، محلول نهایی درون رآکتور قرار داده و همزن مغناطیسی برای ایجاد اغتشاش در سیستم روشن میشود. پس از رسیدن دمای محلول به 2 درجه سانتیگراد، زمان القا آغاز میشود و در لحظه تشکیل هیدرات، به پایان میرسد، فاصله بین رسیدن دمای محلول به دمای شروع آزمایش تا افزایش ناگهانی دما که ناشی از تشکیل هیدرات است را زمان القا میگویند. پس از افزایش دما، دمای محلول تا تکمیل فرآیند هسته، زایی در دمای تعادلی ثابت باقی میماند برای اطمینان از نتایج آزمایشها، هر تست 5 بار تکرار شده است و میانگین نتایج گزارش شده است
