بخشی از مقاله
چکیده
اگرچه از تشکیل هیدرات در خطوط انتقال گازبه عنوان یک پدیده مزاحم نگریسته شده است ولی در چند سال اخیر ذخیره سازی و انتقال گاز طبیعی به کمک هیدراتهای گازی بویژه برای میدانهای کوچک و دور افتاده گاز مطرح شده است.از انجایکه گاز طبیعی منبع عظیمی از انرژی است و به عنوان خوراک واحدهای شیمیایی مورد استفاده قرارمی گیرد . اما متاسفانه میادین گاز طبیعی معمولا در نقاطی واقع شده اند که کمتر می توانند مورد استفاده قرار گیرند ونزدیکی آن ها بازاری برای مصرف وجود ندارد. با توجه به اینکه روش LNG قابلیت حمل 600 حجم گاز در یک حجم از خود را دارا می باشد.
اما برای تولیدوانتقال آن باید به دمای 160 درجه سانتی گراد زیر صفر برسیم که احتیاج به ملاحظات ایمنی داردو مقدار گاز طبیعی در - NGH - هیدرات گاز طبیعی در شرایط استاندارد حدود 180 برابر حجم هیدرات است . در سال 1942 بنش برای اولین بار ایده استفاده ازهیدرات را برای ذخیره سازی گاز مطرح نمود اما به دلیل مشکلاتی از قبیل سرعت پایین تشکیل هیدرات وفشار بالای تشکیل آن، تنها درحد آزمایشگاه باقی ماند.
سیکل هیدرات گاز طبیعی - NGH - شامل سه مرحله تولید ، انتقال و تبدیل دوباره به گاز می باشد . مطالعه امکان سنجی انجام گرفته در تحقیقات اخیر برای ظرفیت و مسافتی خاص نشان داده است که هزینه سیکل NGH بیست و پنج درصد کمتر از LNG می باشد. در این مقاله با مروری بردیگر مقالات و تحقیقات صورت گرفته در زمینه روش ذخیزه سازی و انتقال گاز نتایج این تحقیقات نشان داده است که در آینده نه چندان دوراین روش انتقال وتبدیل کردن ان به روش عملی انتقال گاز از اهمیت فوق العاده ای برخوردار باشد اگرچه با وجود مشکلاتی در تولید هنوز صنعتی نشده است.
-1 مقدمه
روند رو به رشد مصرف گاز طبیعی و اهمیت یافتن این منبع انرژی در میان منابع متفاوت انرژی در طول سال های اخیر و مطالعه ، طراحی و اجرای طرح های بزرگ منطقه ای و بین المللی برای بهره گیری هر چه بیشتر ازآن ، گاز طبیعی را به عنوان یکی از متغیرهای مهم بین المللی تبدیل کرده است . [5] گاز طبیعی منبع عظیمی از انرژی است و می تواند به عنوان خوراک واحدهای شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.
متاسفانه میادین گاز طبیعی معمولا در نقاطی واقع شده اند که کمتر می توانند مورد استفاده قرار گیرند . بیشتر میادین گازی دور افتاده 1 می باشند که در نزدیکی آن ها بازاری برای مصرف وجود ندارد و بخاطر موقعیت آن استفاده از خط لوله امکان پذیر نمی باشد. به همین دلیل چند روش دیگر علاوه بر خط لوله برای انتقال گاز طبیعی در نظر گرفته شده است . این روش هاعبارتند از ، گاز طبیعی مایع شده - LNG - ، تبدیل گاز به مایعات با ارزش - GTL - ، تبدیل گاز به الکتریسته و انتقال آن - GTW - ، گاز طبیعی فشرده شده - CNG - ، و بالاخره هیدرات گازطبیعی - - NGH هریک از روشهای مذکور دارای مزایا و معایبی هستند.
خط لوله سالهای زیادی است که مورد استفاده قرار می گیرد اما برای مسافت های بیشتر از2500 کیلومتر اقتصادی به نظر نمی رسد.علاوه براین استفاده از خط لوله برای مکان هایی مانند دریا ها پرهزینه است وهمچنین هزینه زیادی صرف عایق کاری لوله می گردد . روش LNG قابلیت حمل 600 حجم گاز در یک حجم از خود را دارا می گردد اما برای تولید و انتقال آن باید به دمای 160 درجه
سانتی گراد زیر صفر برسیم که احتیاج به ملاحظات ایمنی دارد . روش CNG احتیاج به فشار 200 اتمسفر دارد3]و.[5 برای انتقال آن باید از مخازن با ضخامت بالا استفاده شود که تاکنون تنها مخازن کوچک برای حمل CNG مورد استفاده قرار گرفته اند.
روشGTL نیز که طی فرایند FT - فیشر تروپش - مورد استفاده قرار گرفته اند . گاز طبیعی را به هیدروکربن های با ارزش تبدیل می کند . هیدرات گاز طبیعی گزینه خوبی برای انتقال گاز می باشد. مقدار گاز طبیعی موجود در NGH در شرایط استاندارد حدود 180 برابر حجم هیدرات است 3]و. [4 در سال 1942 بنش[5] 2 برای اولین بار ایده استفاده ازهیدرات را برای ذخیره سازی گاز مطرح نمود اما به دلیل مشکلاتی از قبیل سرعت پایین تشکیل هیدرات وفشار بالای تشکیل آن، تنها در حد آزمایشگاه باقی ماند. [5]
تبدیل گاز طبیعی به هیدرات جامد و انتقال آن از اوایل دهه 90 میلادی مورد توجه قرار گرفت. تعداد زیادی میادین کوچک و متوسط گاز طبیعی در جهان وجود دارد که روشهای معمول مانندLNG برای آنها توجیه اقتصادی ندارد . در آینده که ذخایر بزرگ گاز طبیعی پایان یافتند مسلما باید به دنبال روشهایی برای برداشت از این میدانهای کوچک بود. هیدرات گاز طبیعی گرینه ای مناسب برای انتقال گاز می باشد. گاز طبیعی می تواند در شرایط مناسبتری به صورت هیدرات ذخیره گردد؛ یعنی در دمایی بسیار بالاتر ازLNG و فشاری پایین تر از .[1] CNG
- 2 تاریخچه وتعریف هیدرات گازی
تاریخچه کشف هیدرات به سه دوره کلی تقسیم میشود.دوره اول کشف پدیده هیدرات می باشد. دوره دوم جلوگیری ازتشکیل هیدرات ودوره سوم هیدرات رابه عنوان روشی برای ذخیره سازی واتنقال گاز معرفی می کنند . در سال 1810 میلادی دیوی3 کشف کرد که وقتی محلول آبی کلر تا دمای زیر 9 درجه سلسیوس سرد شود ، ماده جامدی بدست می آید . فارادی 4 در سال 1823 وجود چنین ماده جامدی را تایید کرد و عنوان کرد که این ماده جامد از یک قسمت کلر و 10 قسمت آب تشکیل شده است.
اکنون حدود 100 ماده وجود دارند که در اثر مخلوط شدن با آب می توانند ترکیبات جامد غیر استوکیومتری تشکیل دهند . به این مواد هیدرات گازی می گویند.هیدرات گازی ترکیبی کریستالی است که ازمحبوس شدن مولکول های گاز درحفره های حاصل از پیوندهیدروژنی آب بدست می آید. در غیاب مولکول میهمان - گازمحبوس - حفره از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است. اما اگر مولکول گاز میهمان در داخل این حفره ها قرار گیرد ، پیوند غیر قطبی بوجود آمده بین گاز و مولکول آب باعث پایداری ساختار می گردد که باعث می شود هیدرات در دمایی بالاتر از دمای انجمادآب تشکیل شود.[6]
در سال 1934هامر اشمیت1 دریافت که مسدود شدن لوله های انتقال گاز به دلیل تشکیل هیدرات است . از آن زمان بود که محققان بیشتری علاقه مند به کار بر روی هیدرات گازی شدند و در صدد برآمدند که با روشهای مختلف از تشکیل هیدرات جلوگیری کنند.هر چند که در ابتدا بیشتر تحقیقات بر روی روشهای جلوگیری از تشکیل هیدرات متمرکز بود و به هیدرات گازی به عنوان عاملی مزاحم در صنایع نفت وگاز نگریسته می شد ، اما با گذشت زمان جنبه های مختلف و مثبت آن نیز مورد توجه قرار گرفت . ذخایر زیر زمینی گاز به صورت هیدرات منبع عظیمی از انرژی است که محققان به دنبال روشهایی برای استخراج آن هستند.
[7] میزان ذخایر گاز به صورت هیدرات درحدود 10 16 متر مکعب تخمین زده شده است که بیشتر از منابع کشف شده سایرسوخت های فسیلی است .[6] با توجه به اینکه درهر حجم ازهیدرات در حدود 180 حجم گاز در شرایط استاندارد وجود دارد [3] ، در سال های اخیر ایده استفاده ازهیدرات جهت ذخیره سازی و انتقال گاز نیز مطرح شده است. از دیگر موارد استفاده های جدیدهیدرات می توان به شیرین سازی گاز، نمک زدایی از آب دریا، ذخیره کردن دی اکسید کربن به صورت هیدرات در اعماق اقیانو ها و جداسازی اجزای سبک گازطبیعی اشاره نمود.[8]
-3 ساختارکریستالی هیدرات ودرصد گاز درهیدرات
بسته به شرایط تشکیل هیدرات و اینکه مولکول گاز میهمان چه مولکولی باشد، چهارساختار متفاوت ازهیدرات شناخته شده است: ساختار مکعبی S-I ، ساختار مکعبی S-II ، ساختار شش وجهیS-H و یک ساختار جدید بدون نام در شکل یک این ساختار ها نمایش داده شده است.[4] فرمول کلی هیدرات به صورتG + nhH2O که G گاز تشکیل دهنده هیدرات می باشد به nh عدد هیدرات معروف است که نشان دهنده تعداد مولکول های آب به ازای هرو حفره ا هیدرات می باشد[4]
