بخشی از مقاله
چکیده
کشور ایران یکی از کشور هایی است که از منابع عظیم گاز طبیعی برخوردار است گاز طبیعی کاربردهای متنوعی دارد و استفاده از این نعمت خدادادی روز به روز ،رو به افزایش است .گاز طبیعی یکی از اساسی ترین منابع انرژی جهان می باشد. این مقاله به انتقال گاز به روش هیدرات می پردازد. در چند سال اخیر استفاده از هیدرات گازی برای ذخیره سازی و انتقال گاز طبیعی به ویژه برای میدان های کوچک و دور افتاده گاز مطرح شده است. بدین منظور ابتدا هیدرات های گازی و تاریخچه آن ها و سپس به معرفی چرخه انتقال گاز با هیدرات بیان می شود پرداخته می شود.
در ادامه به مطالعه جنبه های فنی و اقتصادی استفاده از هیدرات های گازی به منظور انتقال گاز طبیعی پرداخته شده و با دیگر روش های موجود مقایسه شده است. براوردهای اقتصادی صورت گرفته نشان می دهد که هزینه سیکل هیدرات گازی حدود 25 درصد کمتر از LNG است. از آن جایی که هزینه روش هیدرات کمتر از روش LNG است از کل هزینه های سیکل هیدرات گازی، 61 درصد مربوط به تولید، 31 درصد مربوط به انتقال و 8 درصد مربوط به تبدیل دوباره به گاز و مصرف می باشد. به نظر می رسد با رفع مشکلات فنی همچون پایین بودن میزان تبدیل، کند بودن تشکیل هیدرات، جداسازی بلورهای هیدرات از مخلوط دوغابی و شرایط بهینه ذخیره سازی آن، NGH می تواند به گزینه ای جدی در ذخیره سازی و انتقال گاز طبیعی به ویژه برای میادین گازی کوچک و دور افتاده تبدیل شود.
-1 مقدمه
کشور ایران یکی از کشور هایی است که از منابع عظیم گاز طبیعی برخوردار است گاز طبیعی کاربردهای متنوعی دارد و استفاده از این نعمت خدادادی روز به روز ،رو به افزایش است گاز طبیعی یکی از اساسی ترین منابع انرژی جهان می باشد و به خاطر مسائل زیست محیطی و لزوم استفاده از منابع انرژی نسبتا پاک و کم هزینه تر نسبت به منابع موجود، استفاده از این انرژی روز به روز در حال افزایش است؛ به طوری که بر اساس پیش بینی های موجود، مصرف گاز طبیعی تا سال 2030 به طور میانگین سالانه 2/4 درصد افزایش خواهد یافت و با فرض اینکه این ضریب ثابت بماند در پایان سال 2030 مصرف گاز جهان مقدار 207 TCF 1خواهد رسید. شکل 1 این پیش بینی افزایش مصرف را نشان می دهد.[1]
روند رو به رشد مصرف گاز طبیعی و اهمیت یافتن این منبع انرژی در میان منابع مختلف انرژی در طول سالیان اخیر و مطالعه، طراحی و اجرای طرحهای بزرگ منطقه ای بین المللی برای بهره گیری هر چه بیشتر از آن گاز طبیعی را به عنوان یکی از متغیر های مهم بین المللی تبدیل کرده است. امروزه تکنولوژی LNG به عنوان راهکاری کاملا اقتصادی و قابل اطمینان در این زمینه مطرح است اما پیشرفت های اخیر در زمینه استفاده از سایر تکنولوژی ها باعث گردیده که روش هایی نظیر CNG و هیدرات هم به عنوان راه حلی برای انتقال گاز به فواصل طولانی مطرح گردند.[2]
به طور کلی پنج روش زیر برای انتقال گاز مطرح است:
-1 جمع آوری گاز و انتقال آن از طریق خط لوله
-2 کاهش حجم از طریق مایع سازی با فشردگی - CNG , LNG - و استفاده از مخازن بزرگ دریایی
-3 تبدیل گاز به محصولات و مایعات با ارزش - GTL -
-4 تبدیل گاز به انرژی های دیگر مانند : انرژی الکتریکی و انتقال توسط کابل - GTW - -5 هیدرات گاز طبیعی [3]. - NGH - استفاده از خط لوله سالهای زیادی است که مورد استفاده قرار می گیرد اما برای مسافت های بیش از 2500 کیلومتر اقتصادی به نظر نمی رسد.[4] روش LNG قابلیت حمل 600 حجم گاز در یک حجم از خود را دارا است؛ اما برای تولید و انتقال آن باید به دمای -160/5 درجه سانتیگراد رسید. هزینه بالای مایع سازی و تاسیسات جانبی و موارد ایمنی آن از انتقال آن به مناطق دور دست، جلوگیری کرد.
روش CNG احتیاج به فشار 200 اتمسفر دارد و برای انتقال آن باید از مخازن با ضخامت بالا استفاده شود. بنابراین مهمترین مشکل در این روش هزینه بالای آن است؛ روش GTL که طبق فرایند FT - فیشر تروپس - انجام می گیرد؛ که در آن گاز طبیعی با استفاده از اکسایش جزئی به هیدروکربنهای با ارزش تبدیل می شود. محصولات GTL فشار بخار پایینی دارند که به راحتی و به صورت ایمن قابل انتقال، ذخیره سازی و توزیع هستند و تجهیزات مربوطه نیز ارزان است.[3] در این مقاله به مراحل انتقال گاز به روش هیدرات و جنبه های اقتصادی انتقال آن پرداخته شده است.
-2آشنایی با هیدرات گازی
هیدرات های گازی برای اولین بار در سال 1811 میلادی توسط شخصی به نام همفری دیوی هنگام تولید حباب های گاز کلر در آب سرد به روش آزمایشگاهی کشف شد. که در آن یک مولکول گاز به وسیله ده مولکول آب احاطه شده بود. در سال 1943 وقتی اولین خط لوله گاز پس از طراحی به بهره برداری رسید، پدیده گرفتگی لوله به وسیله ذرات جامد هیدرات گاز از سوی هایمر اشمیت در امریکا گزارش شد. در این گزارش مهمترین دلایل تشکیل هیدرات را در خطوط لوله انتقال گاز ، فشار بالا، دمای پایین و وجود مولکول های آب در گاز گزارش شد.[5]
تبدیل گاز طبیعی به هیدرات جامد و انتقال آن از اوایل دهه 90 میلادی مورد توجه قرار گرفت. تعداد زیادی منابع کوچک و متوسط گاز طبیعی در جهان وجود دارد که روش های معمول مانند LNG برای آنها توجیه اقتصادی ندارد. در آینده که ذخایر بزرگ گاز طبیعی پایان یافتند مسلماً باید به دنبال روش هایی برای برداشت از این میدان های کوچک بود. هیدرات گاز طبیعی گزینه ای مناسب برای انتقال گاز می باشد. گاز طبیعی می تواند در شرایط مناسب تری به صورت هیدرات ذخیره گردد؛ یعنی در دمایی بسیار بالاتر از LNG و فشاری پایین تر از [4].CNG ساختار هیدرات، اثر نیروهای متقابل فیزیکی بین مولکولهای گازهای محبوس شده و مولکولهای آب پایدار می شود. این ساختار به شاخه ای تعلق دارند که به کلاترات1 معروفند.
کلاترات از لحاظ ترمودینامیکی یک محلول جامد است. هر مولکول گازی قادر به تشکیل هیدرات نیست و تنها مولکولهایی قادر به ایجاد مولکول هیدرات هستند، که از نظر اندازه کوچک بوده و بتوانند در این حفره ها جای گیرند. گاز طبیعی معمولا شامل گازهایی نظیر متان، اتان، پروپان، ایزوبوتان، دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن می باشد که همگی می توانند کریستال هیدرات درست کنند. همچنین گاز های دیگری نظیر نئون، آرگون، کریپتون، گزنون، نیتروژن و اکسیژن و یا هیدروکربوی نظیر سیکلو پروپان نیز قادر به ایجاد هیدرات می باشند.[3]
-3فرایند ذخیره سازی و انتقال هیدرات گازی
پس از تشکیل هیدرات در فشار بالا آن را تا دمای زیر صفر درجه سانتیگراد سرد کرده و فشار را به فشار اتمسفری - - 14/7 psia کاهش می دهند. این کار باعث تجزیه بخشی از هیدرات می شود. در تکنولوژی هیدراته سازی ، گاز جهت انتقال پس از تولید هیدرات گازی به صورت پودر برای سهولت در حمل و نقل ، هیدرات تولیدی را به صورت بلوکهایی در می آورند سپس مقداری آب بر روی این بلوکها اسپری می کنند.
هنگامی که این بلوکها در دمای ثابت زیر صفر درجه از فشار بالا به فشار اتمسفری تغییر فشار می یابند، بخشی از سطح آنها تجزیه شده و آب بوجود آمده - از تجزیه سطح بلوک - همراه با آب اسپری شده بر روی سطح بلوک، پوسته ای یخی اطراف بلوک تشکیل داده و از تجزیه دیگر قسمت های بلوک جلوگیری می کند. در این صورت اگر به بلوک گرمایی نرسد - شرایط آدیاباتیک - در شرایط اتمسفری پوسته یخی اطراف بلوک هیدراتی از بین نرفته و تا زمانی که این پوسته یخی وجود داشته باشد بلوک هیدراتی تجزیه نمی شود. پس از این عمل هیدرات گازی آماده ذخیره سازی و انتقال است.[5]
-4 فرایند تجزیه هیدرات گازی و باز گردانی گاز آن
پس از انتقال هیدرات گازی به محل مصرف باید گاز به دام افتاده در ساختار مولکولی آب به حالت اولیه خود باز گردد. یعنی باید هیدرات گازی را تجزیه کرده و گاز آن را به حالت اولیه آن بازگردانیم. برای این کار سه روش وجود دارد که عبارتند از:استفاده از محلول های تجزیه کننده هیدرات گازی ،کاهش فشار،افزایش دما،از کلیه محلول هایی که برای هیدرات زدایی در لوله های انتقال گاز استفاده می شود می توان برای تجزیه بلوک های هیدرات استفاده کرد.
اما استفاده از محلول های تجزیه کننده هیدرات گازی همانند متانول و گلیکول مقرون به صرفه نمی باشد. زیرا برای تجزیه بلوک های هیدرات به حجم زیادی از این محلول ها نیازمندیم که توجیه اقتصادی ندارد. استفاده از روش کاهش فشار نیز در این روش امکان پذیر نیست زیرا در مرحله ذخیره سازی هیدرات گازی فشار به فشار اتمسفری کاهش داده شد. اما استفاده از دما روش بسیار مناسب و مقرون به صرفه می باشد. زیرا با افزایش دما شرایط آدیاباتیک که برای حفظ بلوک هیدرات لازم بوده را برهم زده و بلوک هیدراتی تجزیه می شود. شکل 5 شماتیکی از تاسیسات تجزیه هیدرات را نشان می دهد.[5]
