پاورپوینت هيدرات گازي در صنعت نفت و گاز (pptx) 24 اسلاید
دسته بندی : پاورپوینت
نوع فایل : PowerPoint (.pptx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد اسلاید: 24 اسلاید
قسمتی از متن PowerPoint (.pptx) :
هيدرات گازي در صنعت نفت و گاز
1
هيدرات گازي، چشم انداز انرژي آينده يا مخاطرات زيست محيطي
در مطالب زير، ضمن معرفي "هيدرات گازي" و ارائه ي تاريخچه‌اي در مورد آن، به بيان اهميت و مخاطرات احتمالي آن پرداخته شده است:
در طبیعت آب و گاز طبیعی همراه هم هستند و در مخازن گاز، این دو در حال تعادل هستند. به طور کلی آبی که هنگام خروج گاز از چاه به همراه آن بالامی آید، جزئی مزاحم در گاز طبیعی است؛ زیرا اول سبب خوردگی در خطوط انتقال گاز ترش ( گاز همراه با H2S ) می گردد. دوم ارزش حرارتی گاز طبیعی را پایین می آورد. سوم بالا رفتن فشار یا پایین آمدن دما هنگام انتقال گاز طبیعی سبب میعان آب شده و آب در فاز مایع راندمان خطوط انتقال گاز را شدیدا کاهش می دهد. چهارم پایین آمدن بیش ازحد دما در فصل زمستان یا پس از افت شدید آدیباتیک ( که باعث افت سریع دما می گردد) سبب بروز پدیده ای به نام تشکیل هیدرات در خط لوله انتقال گاز طبیعی می شود. هيدرات گازي يك جامد بلوري است كه در آن مولكول هاي گاز توسط مولكول هاي آب احاطه شده اند. گازهاي زيادي هستند كه ساختار مناسبي براي تشكيل هيدرات دارند كه از آن جمله مي توان به دي اكسيدكربن، سولفيد هيدروژن و هيدروكربن‌هاي با تعداد كربن كم اشاره نمود. هيدرات‌هاي گازي كه اكثراً در بستر درياها تشكيل مي شوند، غالباً از نوع هيدرات متان هستند. اين ماده كه از آن به عنوان "يخ شعله ور" ياد مي شود، حاوي مقدار بسيار زيادي گاز متان است و مكان تشكيل آن معمولاً رسوب كف اقيانوس‌ها و مناطق قطبي دائماً منجمد مي باشد .
هيدرات گازي در دما و فشار محيط رسوبات كف اقيانوس‌ها و در مناطق با عمق بيش از 500 متر تشكيل مي شود. در اين فشار و در دماهايي بالاتر از دماي پايدار يخ، هيدرات گازي كاملاً پايدار است. همچنين در مناطق دائماً منجمد قطبي، اين ماده به صورت تركيب با يخ هاي محيط، به مقدار زيادي يافت مي شود.
2
هيدرات‌هاي گازي حاوي مقادير بسيار زيادي از گاز هستند، به طوري كه از آن ها با عنوان "عصاره ي گاز" نام برده مي شود. متلاشي‌شدن يك حجم از هيدرات متان در فشار يك اتمسفر، حدود 160 حجم گاز متان توليد مي كند. يك تخمين محافظه‌كارانه، نشان مي دهد كه مقدار متان موجود در هيدرات هاي گازي كشف شده در جهان، حاوي حدود 100 گيگاتن كربن است كه اين مقدار تقريباً دو برابر مقدار كل كربن موجود در سوخت‌هاي فسيلي در كره ي زمين است.
البته هیدرات از سالها پیش شناخته شده بود و به عنوان یک مساله جالب آزمایشگاهی مورد بررسی و تحقیق قرار گرفت اما فقط هنگامی که در سال1934 به علت بسته شدن خط لوله انتقال گاز طبیعی هیدرات اعلام شد، تحقیقات در زمینه ي شناخت پدیده ي هیدرات شکل جدی به خود گرفت.
شكل1: تشكيل هيدرات در خط لوله
3
پيدايش هيدرات گازي
هيدرات گازي در سال 1811 ميلادي توسط همفري ديوي، هنگام توليد حباب‌هاي گاز كلر در آب سرد به روش آزمايشگاهي كشف گرديد. در سال 1832، مايكل فارادي اولين فرمول شيميايي را براي هيدرات گازي ارائه كرد كه در آن يك مولكول گاز توسط ده مولكول آب احاطه شده بود. در سال 1934 وقتي اولين خط لوله گاز طراحي شده و مورد بهره برداري قرار گرفت، پديده ي گرفتگي لوله به وسيلة ذرات جامد هيدرات گاز توسط هايمر اشميت در امريكا مطرح گرديد. متعاقب اين پديده، تكنيك جلوگيري از تشكيل اين ماده در لوله‌هاي نفت و گاز و فرايندي براي نم‌گيري از جريان گاز شكل گرفت. در سال 1959 مباني ترموديناميكي هيدرات گازي توسط واندر والس مورد مطالعه قرار گرفت و تبيين گرديد.
در طول دهه هاي 60 تا 90 ميلادي به موازات پژوهش هاي بي شمار در مورد هيدرات، تحقيقات وسيعي در زمينه ي كشف منابع هيدرات گازي در رسوبات كف دريا و مناطق قطبي صورت گرفت. در سال 1998 كار مشترك محققين امريكايي، ژاپني و كانادايي، منجر به كشف منبع عظيمي از هيدرات گازي در مناطق قطبي شمال كانادا گرديد كه در آن به ازاي هر كيلومتر مربع از سطح منبع، حدود چهار ميليارد متر مكعب گاز ذخيره شده بود.
از دهة 90 ميلادي تاكنون كشورهاي امريكا، ژاپن، هندوستان و كانادا با اختصاص بودجه ي قابل توجهي، برنامه ي تحقيقاتي طولاني‌مدتي را در زمينه ي هيدرات هاي گازي شروع كرده اند.
4
دلايل اهميت هيدرات‌هاي گازي
امروزه توجه به پديده ي هيدرات گازي و جنبه‌هاي مفيد و كاربردي آن، لزوم تحقيق بيشتر در زمينه هاي زير را روشن مي نماياند:
1- از چند دهه ي پيش تاكنون وجود مقادير بسيار زيادي از گاز طبيعي ذخيره شده در هيدرات هاي گازي موجود در بستر اقيانوس‌ها و مناطق قطبي به اثبات رسيده است. با توجه به منابع محدود سوخت‌هاي فسيلي، اكتشاف منابع هيدرات گازي به منظور بازيافت انرژي، ممكن است در آينده مورد توجه قرار گيرد.
2- قابليت زياد هيدرات گازي در ذخيره سازي گاز طبيعي، باعث ايجاد جذابيت در خصوص استفاده از آن براي مقاصد ذخيره‌سازي و حمل و نقل گاز طبيعي و ديگر گازها به عنوان رقيبي براي روش هاي مايع سازي و متراكم كردن مي گردد.
3- هيدرات گازي را در فرايندهاي جداسازي نيز مي توان به كار برد. هيدرات‌هاي گازي فقط با تعداد محدودي از مواد قابل تشكيل است. اگر ماده اي را بخواهيم از مخلوطي، شامل مواد غير قابل‌تشكيل هيدرات جدا كنيم، استفاده از ويژگي تشكيل هيدرات به عنوان يك فرصت تلقي مي شود. به عنوان مثال مي توان به تغليظ جريان هاي غني از آب، تهيه ي آب آشاميدني از آب دريا و يا جداسازي جريان هاي گاز اشاره كرد.
نكتة قابل ذكر اينكه، در مورد ذخاير طبيعي هيدرات‌هاي گازي نگراني هايي در خصوص پايداري آنها در هنگام تغيير شرايط فشار و دما وجود دارد. به عقيده ي برخي از محققين وقتي كه در اثر پديدة گلخانه‌اي (Green house Effect) دماي كره ي زمين افزايش مي يابد، ممكن است كه هيدرات‌ها ناپايدار گشته و تجزيه شوند و در نتيجه مقادير زيادي از گاز كه عمدتاً متان است، مي تواند وارد اتمسفر شده و باعث تشديد اثر پديده ي گلخانه اي گردند؛ چرا كه اثر متان بر اين پديده، خيلي شديدتر از دي‌اكسيدكربن است. در آخرين اظهار نظر دانشمندان آمده است كه در پايان عصر يخي در كره زمين و ذوب شدن منابع يخي، تجزية منابع هيدرات گازي رخ خواهد داد.
5
در كشور ما نيز تحقيق در مورد هيدرات هاي گازي مورد توجه قرار گرفته است و هم اكنون در پژوهشگاه صنعت نفت طرحي در دست تحقيق و مطالعه است كه در آن به جنبه هاي مختلف علمي و كاربردي هيدرات گازي پرداخته شده است.
تشكيل كريستال هاي هيدرات در بخش هاي مختلف صنايع نفت و گاز و فرايندهاي پايين دستي موجب توقف و يا كاهش توليد فراورده ها مي شود و به اين علت اطلاعات خوبي در مورد چگونگي پيدايش و شرايط تشكيل آن ها فراهم است ولي چون توليد آن ها مورد توجه نبوده، مطالعه ي كمتري روي سرعت رشد كريستال هيدرات انجام شده است. اما بروز افكار جديد در مورد انتقال گاز طبيعي به صورت كريستالهاي هيدرات در راستاي كاهش هزينه تمام شده محصول باعث شده است كه مطالعات بيشتري نيز در مورد اخير صورت گيرد.
6
هدف از اين مطالعه، يافتن روش هايي بوده است كه بتوان از نظر كيفي و كمي به توصيف رشد كريستال هيدرات پرداخت تا نتايج در صنعت حمل و نقل گاز طبيعي به كار گرفته شوند. فرايند توليد كريستال هيدرات را مي توان به دو صورت پيوسته و ناپيوسته انجام داد كه با توجه به تاكيد اين مطالعه بر روي كاربردي بودن نتايج، تمامي تلاش بر روي توليد كريستال هيدرات به صورت پيوسته متمركز گشته است. وجود گاز محلول در آب در فرايند توليد كريستال هيدرات ضروري است و بنابراين توليد و رشد كريستال هيدرات به گذر از مراحل زير اجتناب ناپذير است:
جذب گاز به داخل آب
هسته سازي
رشد هسته ها و كريستال هاي موجود
در اين مطالعه فرض شده است كه در يك فرايند واقعي توليد پيوسته هيدرات، هسته ها بوجود آمده اند و كافي است رشد آن ها مدنظر قرار گيرد و بنابراين صرفا به رشد كريستال هاي هيدرات پرداخته شده است. اولين قدم در بررسي سرعت اتفاق افتادن يك پديده (نظير رشد كريستال هيدرات) شناسايي نيروي محركه موثر بر آن است. نكته برجسته اين تحقيق آن است كه اختلاف دماي بين سطح كريستال جامد و دماي توده مايع (فراتبريد)، عامل كنترل كننده سرعت رشد كريستال هيدرات است. براي توصيف كمي و كيفي رشد كريستال هيدرات مي توان از دو ديدگاه مختلف ولي در ارتباط با هم يعني انتقال جرم و انتقال حرارت به قضيه نگريست ولي نتايج متكي بر انتقال جرم سخت نيازمند آگاهي از ميزان غلظت هاي گاز حل شده در توده مايع و سطح كريستال مي باشند و به علت كوچك بودن ميزان حلاليت گازهاي هيدروكربوري در آب، تعيين ثوابت مدل از دقت خوبي برخوردار نيست. اگرچه در اين مطالعه رابطه اي براي محاسبه غلظت متان در آب در نزديكي نقطه تشكيل كريستال هيدرات ارائه شده است كه توانايي پيش بيني حلاليت متان با خطاي در حدود 2% را دارا است. استفاده از نتايج انتقال حرارت در توصيف كمي و كيفي رشد كريستال هيدرات آسان تر است.
7
در اين مطالعه دو مدل در اين زمينه ارائه شده كه در يكي دماي سطح كريستال، دماي تعادل سه فازي در فشار آزمايش فرض شده و در ديگري دماي سطح كريستال متناسب با اندازه ذره متغير فرض شده است. با استفاده از موازنه فراواني ذرات، تابع توزيع ذرات به ازاي واحد رشد به دست آمده و با استفاده از روابط رياضي، كل ميزان رشد ذرات موجود در سيستم محاسبه شده است. همچنين با استفاده از نتايج بدست آمده از دستگاه ساخته شده در اين مطالعه و ساير منابع ، ثوابت مدل تعيين گشته است. نتايج بدست آمده معرف كارايي روابط بدست آمده مي باشند.از سوي ديگر نشان داده شده است كه مي توان در شرايط يكسان و براي توليد يك نوع كريستال و با داشتن ثوابت براي يك گاز پارامترها را براي گاز ديگر حدس زد. همچنين اين تحقيق نشان مي دهد كه استفاده از دانش كريستاليزاسيون بر ساير روشهايي نظير شبيه سازي توليد و رشد كريستال به صورت انجام واكنشهاي پي در پي ترجيح داشته و به حقيقت نزديكتر است.
به رغم روند كاهنده هزينه توليد گاز طبيعي در ساليان اخير، انتقال گاز طبيعي به وسيله خطوط لوله و يا به صورت LNG همچنان پر هزينه است و بخش عمده هزينه گاز طبيعي منتقل شده به مصرف كننده را تشكيل مي دهد.
شرايط تشكيل هيدرات عبارتند از : 1) فشار و دماي مناسب 2) وجود مولكول آب 3) وجود مولكول گاز. به دليل آن كه دماي حمل هيدرات بالاتر از دماي حمل LNG مي باشد، هيدرات گازي را به سهولت مي توان انتقال داد. از اين رو تكنولوژي ساخت كشتي هاي حمل هيدرات پيچيدگي بسيار كمتري نسبت به كشتي هاي حمل LNG خواهد داشت و تاسيسات توليد هيدرات بسيار ساده تر از تاسيسات LNG مي توانند طراحي گردند.
اما مشكل اساسي، حجم كمتر گاز منتقل شده مي باشد. بر اساس مطالعات انجام شده در اين زمينه، هر يك متر مكعب هيدرات، به طور متوسط 175 متر مكعب گاز را در خود جاي مي دهد. در صورتي كه در تكنولوژي LNG كاهش حجم به يك ششصدم مي رسد و اين موضوع در اقتصادي بودن طرح هاي انتقال گاز به خصوص فواصل دوردست بسيار پر اهميت است.
8
براي كشورهايي نظير كشور ما كه داراي ذخاير عظيم گازي است، تحقيق و توسعه در زمينه طرح هاي هيدرات و CNG به عنوان راهكارهاي جديد انتقال گاز، حركت مهمي در تحقيق و پژوهش صنعت گاز مي تواند به شمار رود.
در متن حاضر به بررسي و مقايسه روش هاي نوين انتقال گاز از قبيل فناوري هيدارت با روش هاي انتقال از طريق خطوط لوله، LNG ، CNG پرداخته شده است.
بخاطر افزايش تقاضاي گاز طبيعي در جهان نياز به انتقال آن از ميدان هاي گازي تا محل هاي مصرف بيش از پيش احساس مي شود. امروزه اين انتقال با هزينه فراوان به وسيله خط لوله يا فرايند گران و داراي ريسك LNG انجام مي گيرد. براي كاهش ريسك و قيمت انتقال گاز، استفاده از هيدرات گاز طبيعي پيشنهاد شده است. در اين مقاله تحقيقات صورت گرفته براي توسعه تكنولوژي هيدرات گازي براي ذخيره سازي و انتقال مرور شده است. نتايج اين تحقيقات نشان داده است كه در آينده نه چندان دور، فرايند هيدرات گازي مي تواند به عنوان روشي براي ذخيره سازي و انتقال گاز مورد استفاده قرار گيرد. هر چند به دليل مشكلاتي در توليد هيدرات گازي، اين فرايند هنوز صنعتي نشده است.گاز طبيعي كه به طور عمده از متان تشكيل شده، يك سوخت ارزشمند با مزيت هاي فراوان نسبت به بنزين است كه از آن جمله مي توان به ذخاير بزرگ گاز در دنيا، قيمت پايين، خصوصيات يك سوخت پاك (انتشار بسيار كم آلاينده ها، كم بودن انتشار گازهاي گلخانه اي، انتشار كمتر تركيبات هيدروكربني، منواكسيد كربن، اكسيد نيتروژن و عدم انتشار ذرات جامد) بيشتر بودن انرژي حاصل از احتراق آن در واحد جرم نسبت به بنزين اشاره كرد. در سال ٢٠٠٢ مصرف گاز طبيعي در جهان در حدود 653/92 Tcf بوده و اين رقم در سال ٢٠٠۴ به 665/99 Tcf رسيده است. در طول دهه گذشته مصرف گاز طبيعي در حدود ٢۵ درصد افزايش داشته. مساله مهم ديگر آن است كه هزينه توليد نيرو از گاز طبيعي ۵٠ درصد كمتر از هزينه هاي توليد نيرو توسط زغال سنگ است. همين فاكتورها منجر به پيش بيني افزايش مصرف گاز در بخش توليد الكتريسيته از 23/5 Tcf در سال 2000 به 39/9 Tcf در سال 2020 شده است. متان به دليل آن كه در فشار و دماي عادي در شرايط فوق بحراني قرار دارد، دانسيته بسيار پاييني داشته و ذخيره سازي مقدار زياد آن در يك حجم محدود، بزرگترين چالش براي انتقال گاز طبيعي و نيز استفاده از آن در وسايل نقليه است.
9
