بخشی از مقاله
چکیده
پدیدهی هیدرات های گازی به خاطر توانایی در ذخیرهی انرژی تا 180 برابر حجم گاز طبیعی در شرایط استاندارد، میتواند به عنوان جایگزینی مناسب در ذخیره سازی انرژی مورد استفاده قرار گیرد. اما سینتیک نسبتاً کند تشکیل هیدرات های گازی یکی از مهمترین موانع از صنعتی شدن این فرآیند است. در کار حاضر اثر مادهی فعال سطحی سدیم دودسیل سولفات - SDS - بر یکی از پارامترهای سینتیکی تشکیل هیدرات به نام زمان شبه اتمام تشکیل هیدرات بررسی میشود. آزمایش ها در یک رآکتور همزن دار به حجم 460 سانتیمتر مکعب و در فشار 7 مگاپاسکال انجام شد. نتایج آزمایش های انجام شده نشان داد، استفاده از SDS به میزان قابل توجهی زمان شبه اتمام تشکیل هیدرات متان را کاهش میدهد.
-1 مقدمه
گاز طبیعی که قسمت عمدهی آن از متان تشکیل شده است یکی از پاکترین منابع انرژی است که آلودگی کمتری را نسبت به سایر سوخت ها ایجاد میکند. با توجه به استفاده روز افزون از این گاز به عنوان منبع تأمین انرژی و همچنین به عنوان مادهی اولیهی صنایع پتروشیمی، مطالعه بر روی تبدیلات این گاز و ذخیره سازی آن اهمیت ویژه ای دارد. یکی از روش های ذخیره سازی گاز طبیعی تبدیل آن به هیدرات گاز طبیعی است .[1]
هیدرات های گازی ترکیبات کریستالی جامد و یخ گونه ای هستند که از به دام افتادن مولکول های گازی با اندازهی مناسب مانند متان، اتان، پروپان، کربن دی اکسید، نیتروژن، هیدروژن سولفید و ... درون حفرات آب - ناشی از پیوند هیدروژنی بین مولکول های آب - تشکیل میشوند .[3-1] هیدرات های گازی سه ساختار مرسوم داشته که عبارتند از SI، SII و .SH ساختار SI هشت حفره داشته که شامل دو قفسهی 512 و شش قفسهی 51262 است و گازهایی مثل متان، اتان و کربن دی اکسید ساختار SI هیدرات های گازی را تشکیل میدهند.
ساختار SII بیست و چهار حفره داشته که شامل شانزده قفسهی 512 و هشت قفسهی 5 1264 است و گازهایی مثل پروپان، ایزوبوتان و گاز طبیعی ساختار SII هیدرات های گازی را تشکیل میدهند. ساختار SH شش حفره داشته که شامل سه قفسهی 512، دو 435 663 و یک قفسهی 51268 است و مخلوط هایی مثل متان + نئوهگزان و متان + سیکلوهگزان ساختار SH هیدرات های گازی را تشکیل میدهند .[4] گاز متان که مهمترین گاز تشکیل دهندهی گاز طبیعی است، ساختار SI هیدرات های گازی را تشکیل میدهد. به دام افتادن مولکول های متان درون حفرات 512 و 51262 در شکل 1 نشان داده شده است .[5]
هر واحد حجم از هیدرات های گازی توانایی ذخیرهی گاز متان تا 180 برابر حجم گاز در شرایط استاندارد را دارد .[2] استفاده از هیدرات های گازی جهت ذخیره سازی گاز طبیعی دارای نسبت به روش های مرسوم ذخیره سازی گاز طبیعی - مانند LNG1، CNG2 و - ANG3 دارای مزیت هایی مانند ایمنی بیشتر، سهولت انتقال، سازگاری بیشتر با محیط زیست و ذات غیر انفجاری این ماده است .[8-6] یکی از موانع صنعتی شدن هیدرات های گازی سینتیک نسبتاً کند تشکیل هیدرات است.
در سال های اخیر پژوهش های زیادی جهت تسهیل شرایط تشکیل هیدرات انجام شده است . [21-9 ,6 ,2] یکی از بهترین روش های بهبود سینتیک تشکیل هیدرات استفاده از مواد فعال سطحی است .[23-20 ,15 ,14 ,11-9 ,6] گنجی و همکارانش مطالعات جامعی را بر روی اثر چند نمونه از مواد فعال سطحی آنیونی SDS - و - LABS1، کاتیونی - CTAB2 - و غیر یونی - ENP3 - بر سینتیک تشکیل هیدرات متان انجام دادند. آنها نشان دادند، بیشتر مواد فعال سطحی تست شده، سینتیک تشکیل هیدرات را تسهیل میکنند. نتیاج آزمایش های گنجی و همکارانش نشان داد از بین مواد فعال سطحی تست شده، CTAB بهترین عملکرد را در افزایش ظرفیت ذخیره سازی هیدرات گاز متان دارد .[15]
بیشتر مطالعات سینتیکی انجام شده بر روی هیدرات های گازی بر بهبود پارامترهایی مانند زمان القا، افزایش میزان جذب گاز، افزایش سرعت رشد هیدرات، افزایش میزان تبدیل آب به هیدرات و افزایش ظرفیت ذخیره سازی متمرکز شده اند. یکی از پارامترهای مهم سینتیکی تشکیل هیدرات، زمان شبه اتمام تشکیل هیدرات است .[24] در کار حاضر اثر مادهی فعال سطحی SDS بر زمان شبه اتمام تشکیل هیدرات بررسی خواهد شد.
-2 مواد و روش ها
-1-2 مواد مورد استفاده
سدیم دودسیل سولفات با فرمول شیمیایی NaC12H25SO4 و خلوص %98 از شرکت مرک4 تهیه شد. گاز متان با درجه خلوص 99/995 از شرکت واریان گاز خریداری و برای تشکیل هیدرات گازی استفاده شد. در آزمایشهای تشکیل هیدرات آب دو بار مقطر مورد استفاده قرار گرفت.
-2-2 دستگاه
در شکل 2 نمایی کلی دستگاه به کار رفته نمایش داده شده است. مخزن اصلی هیدرات، از جنس استیل ضد زنگ، دو جداره، و دارای حجم مفید 460 سانتی مترمکعب میباشد. از یک حمام قابل برنامهریزی - ساخت شرکت louda آلمان مدل RE-106 با دقت - - 0/1 K حاوی آب + ضد یخ، برای کنترل دما استفاده شده است. یک سنسور دمای پلاتینی از نوع Pt-100 با دقت -0/01 K برای اندازه گیری دمای داخل راکتور به کار گرفته شد. فشار مخزن با یک سنسور فشار از نوع BD با دقت حدود 0/01 مگاپاسکال اندازه گیری شد.
