بخشی از مقاله
چکیده
هیدراتهای گازی ترکیبات جامد کریستالی است که یک مولکول از ماده مهمان در شبکه ساخته شده از مولکول ماده میزبان به دام میافتد. هیدراتهای گازی میتواند تحت شرایط مناسب ترمودینامیکی در خطوط لوله انتقال گاز تشکیل و باعث مسدود شدن خط انتقال، قطع جریان و پدید آمدن افت فشار در خط لوله شوند. از طرفی در برخی فرآیندهای از این خاصیت بعنوان روشی نوین استفاده میشود. در این مقاله پس از معرفی هیدراتهای گازی و نحوه تشکیل آنها، مزیتها و مشکلات هیدارت گازی و روشهای کنترلی ممانعت از تشکیل یا به خدمت گیری این پدیده بیان گردیده است.
واژگان کلیدی: هیدرات گازی، مواد بازدارنده هیدرات، بهبود دهنده هیدرات، ذخیره سازی و انتقال گاز طبیعی.
-1 مقدمه
هیدراتهای گازی میتواند تحت شرایط مناسب ترمودینامیکی در خطوط لوله انتقال تشکیل و باعث مسدود شدن خط انتقال، قطع جریان و پدید آمدن افت فشار در خط لوله شوند. که این امر به تأسیسات سرچاهی و همچنین تأسیسات پایین دستی آسیب میرساند.بنابراین تلاشهای فراوانی جهت جلوگیری از تشکیل هیدراتهای گازی صورت میگیرد. به طور کلی فرآیند تشکیل هیدرات به چهار عامل اصلی مولکولهای گاز مهمان، آب موجود در گاز و دمای پایین و فشار بالا نیاز دارد.برای جلوگیری از تشکیل هیدرات از دو روش کلی فرآیندی و افزودن ماده بازدارنده تشکیل هیدرات استفاده میشود. در فرآیند فرآورش گاز از ترکیب این دو روش برای جداسازی هیدرات در واحدهای گاز مایع استفاده میشود.مواد بازدارنده شامل مواد شیمیایی، سینتیکی و ضدکلوخهای هستند که در واحدهای گاز مایع از مواد بازدارنده شیمیایی مانند منواتیلن گلایکول، دی اتیلن گلایکول، تری اتیلن گلایکول، اتانول و متانول استفاده میشود - ابوالحمد، . - 1382
-2 معرفی هیدرات گازی
هیدراتهای گازی ترکیبات جامد کریستالی هستند که جزء خانواده اندرون گیرها1 به حساب میآیند. اندرونگیر یک ترکیب ساده است که یک مولکول از مادهای - مولکول مهمان - در شبکه ساخته شده از مولکول مادهای دیگر - مولکول میزبان - به دام میافتد. اندرونگیر مربوط به آب، هیدرات نامیده میشود. در ساختمان آنها مولکولهای آب به علت داشتن پیوند هیدروژنی با به وجود آوردن حفرههایی تشکیل ساختار شبه شبکهای میدهند. این شبکه که ناپایدار است به عنوان شبکه خالی هیدرات شناخته میشود که در دما و فشار خاص - در دمای پایین و فشار بالا - با حضور اجزاء گازی مختلف با اندازه و شکل مناسب، میتواند به یک ساختار پایدار تبدیل شود.
در این نوع از کریستالها، هیچ نوع پیوند شیمیایی بین مولکولهای آب و مولکولهای گاز محبوس شده تشکیل نمیشود و تنها عامل پایداری کریستالها به وجود آمدن پیوند هیدروژنی بین مولکول-های میزبان - مولکولهای آب - و نیروی واندروالسی است که بین مولکول های میزبان و مولکولهای مهمان - مولکولهای گاز - به وجود میآید. ساختار هیدرات شبیه به یخ است با این تفاوت که کریستال هیدرات میتواند در دمای بالاتری نسبت به نقطه ذوب یخ، در شرایطی که فشار بالاتر از فشار محیط باشد پایدار بماند و ذوب نشود. از موارد دیگری که باعث شباهت بین کریستال هیدرات و یخ میشود افزایش حجم و آزاد شدن گرما به هنگام تشکیل میباشد.
اهمیت مطالعه رفتار هیدراتهای گازی از دو منظر کاملاً متفاوت قابل بررسی میباشد:
·استفاده از ساختار خاص کریستالی و بکارگیری خواص فیزیکی و شیمیایی آن و مکانیزم آن حین شکلگیری بلور برای مقاصد صنعتی و تجاری و غیره.
·تشکیل هیدرات گازی به عنوان یک پدیده نامطلوب در خطوط لوله و تجهیزات فرآیندی نفت و گاز و تلاش برایجلوگیری از بروز این پدیده با استفاده از روشهای شناخته شده در صنعت تا کنون.بنابراین با محوریت این دو موضوع از دو دریچه معایب و مزایا، هیدرات گازی مورد بررسی قرار میگیرد - Makogon, . - 1997
-3 مزایا و کاربردهای هیدرات گازی
در گذشته به دلیل اینکه تشکیل هیدرات در لولها عامل مزاحم تلقّی میشد، توجه زیادی به فرآیند تشکیل هیدرات و پیشبینی برای بررسی این شرایط با استفاده از مدلهای ترمودینامیکی صورت گرفته است. ولی چون تولید هیدرات در این فرآیند کمتر مدنظر بوده، توجه کمتری به فرآیند تولید و عوامل موثر بر آن صورت گرفته و تنها در سه دهه اخیر مطالعاتی در این زمینه انجام شده است - جمشیدی، . - 1394
-1-3 کاربرد کریستال هیدرات در فرآیند جداسازی
جداسازی از طریق تشکیل هیدرات گازی یک روش جدید است. دو دلیل برای استفاده از هیدرات در فرآیندهای جداسازی وجود دارد:
·کریستال هیدرات فقط از مولکولهای میهمان و آب تشکیل میشود.
·هر مولکول گازی به عنوان مولکول میهمان نمیتواند در ساختار کریستالی هیدرات قرار بگیرد و تنها مولکولهای خاص با توجه به طبیعت شیمیایی، شکل و اندازه میتوانند در ساختار هیدرات شرکت کنند . - Lang, 2009 - جداسازی اجزای یک مخلوط گازی، تغلیظ محلولها و شیرین سازی آب، از سری شاخههای جداسازی از طریق تشکیل هیدرات گازی میباشند . - Seo, 2001 -
-2-3 غنی سازی اکسیژن با استفاده از تشکیل هیدرات گازی
با توجه به این که حلالیت اکسیژن در آب از نیتروژن بیشتر است، میزان سرعت تبدیل به هیدرات برای اکسیژن از نیتروژن بیشتر است، از این رو با استفاده از تشکیل هیدرات گازی میتوان اکسیژن را از غلظت 21 درصد استاندارد در هوا به مقدار 28 درصد غنی کرد. در این روش، برای کاهش فشار عملیاتی مورد نیاز در جداسازی میتوان تتراهیدرو فوران به عنوان افزودنی استفاده کرد . - Yamamoto, 2002 -
-3-3 تغلیظ به کمک تشکیل هیدرات
هنگامی که محلولی که قرار است تغلیظ شود در مجاورت یک جزء گازی باشد که توانایی تشکیل هیدرات را داشته باشد، تحت شرایط مناسبی از دما و فشار، هیدرات تشکیل میشود و به علت حضور آب در ساختار هیدرات از میزان آب محلول کاسته میشود و محلول مورد نظر تغلیظ میشود . - Seo, 2001 -
از جمله موارد کاربرد این روش میتوان به این موارد اشاره کرد:
·تغلیظ قهوه
·تغلیظ مایعات یونی
·تغلیظ کلرید سدیم در محلول آبی
·تغلیظ انواع مختلفی از آب میوهها . - Yamamoto, 2002 -
