مقاله در مورد مدلسازی و تشکیل هیدرات گازی

با توجه به افزایش سهم گاز طبیعی در بازار مصرف جهانی، توجه به روش های انتقال بدون خط لوله افزایش یافته است. بیشتر روش هایی مورد توجه قرار گرفته است که ظرفیت ذخیره سازی در آن ها بالا و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشند. یکی از ا ین روش ها که امروزه بسیار مورد توجه است، روش حمل گاز توسط هیدرات میباشد. علاوه بر این امروزه کاربردهای صنعتی د یگری نیز بر ای این پد یده مطرح شده است و سبب شده است که توجه به آن در صنعت بیشتر از پیش باشد . در پژوهش حاضر برای آشنایی بیشتر با این پدیده در فصل اول هیدرات گاز ی معرفی شده، ساختارهای رایج آن و مطالعات عمده ای که در این زمینه صورت پذیرفته است ، به صورت مشروح بیان شده است . با توجه به مشکلاتی که در زمینه استفاده از آن در صنعت وجود دارد، محققیق افزودن مواد بهبود دهنده به سیستم تشکیل هیدرات را پیشنهاد نموده اند. از این رو در فصل دوم به معرفی مواد بهبود دهنده و چگونگی تأ ثیرگذاری آن ها پرداخته شده است . در فصل سوم مدل پا یه محاسبات هیدرات معرفی شده سپس این مدل در حضور مواد بهبود دهنده مانند مواد فعال سطحی و هیدروتروپها اصلاح شده است، تا مدل پیشگوتری حاصل شود . در فصل چهارم نتا یج حاصل از مدلسازی برای سیستمهای مختلف تشکیل هیدرات برای مثال سیستم آب خالص، سیستمهای شامل ماده بازدارنده متانول و سیستمهای شامل انواع مواد بهبود دهنده رایج با نتایج تجربی مقایسه شده است و نشان داده شده است که مدل با دقت بالایی قادر است فشار تشکیل هیدرات را در دما ی مورد نظر پیشبینی نماید. در فصل پنجم نتا یج کلی حاصل از ا ین پژوهش ارائه شده است و در ادامه پیشنهاداتی جهت ادامه این تحقیق برای علاقمندان به مطالعه این پدیده بیان گردیده است.

مقدمه

هیدرات گاز طبیعی ترکیب کریستالی جامدی است که از ترکیب آب و گاز به وجود می آید و جزء خانواده کلاتریت ها محسوب می شود. مولکولهای گازی مهمان درون حفرات شبکه آب ، که از طریق پیوند هیدروژنی بین مو لکولهای آب به وجود آمده است، گیر می افتند. نمونه بارز این مولکولهای گازی ترکیبات کوچکتر از پنتان موجود در گاز طبیعی از قبیل متان، اتان، پروپان و کربن دی اکسید میباشد. هیدرات گازی می تواند به وسیله گاز خالص یا مخلوط گازی متشکل از دو یا چند جزء تشکیل شود.کلاتریتها به عنوان یک محلول جامد تلقی می شوند که در آنها مولکول های گازی مهمان و گازهای تشکیل دهنده هیدرا ت در تماس با شبکه میزبان (آب) قرار می گیرند . بنابراین هیدرات گازی جزء جامدات این پیوند یک شبکه پلیمری در آب به صورت فاز مایع تشکیل می شود. در شکل 1-1 پیوند هیدروژنی به صورت میله های هاشور خورده نشان داده شده است.

پیوند هیدروژنی میان چهار مولکول آب – شکل 1-1

محققین با مطالعه ساختمان آب در حالت مایع متوجه شده اند که حلقه های تشکیل شده از مولکول های آب ناشی از پیوند هیدروژنی بسیار پایدارتر از زنجیرهای باز با همان تعداد مولکول هستند. با مطالعات دینمامیکی، پلامر و چن نشان داده اند که اگر این حلقه ها شامل پنج مولکول آب باشد دوازده تا از این حلقه ها تشکیل یک 12 وجهی منتظم ر ا می دهند که به صورت 5 نشان داده می شود، این ساختمان تنها حالت پایدار مولکول آب به صورت مایع در دمای بالاتر از 230 درجه کلوین است .

متداولترین فرم آب به صورت جامد به عنوان یخ Ih شناخته میشود که ساختمان مولکولی آن در شکل ( 1-2 ) نشان داده شده است.

Ih شکل ( 1-2 ) ساختار کریستالی پایه برای یخ

غیراستوکیومتریک شناخته می شود. بین مولکول های آب در ساختار هیدرات پیوند هیدروژنی قوی وجود دارد ، در حالیکه هیچگونه برهم کنش شیمیایی میان مولکول های مهمان - میزبان وجود ندارد و آنها تنها با نیروهای واندروالسی کنار هم نگه داشته میشوند.

ساختارهای هیدرات

ساختار هیدرات شامل 85 درصد آب می باشد. به همین دلیل بسیاری از خواص مکانیکی آن مشابه یخ است. بنابراین بهتر است ابتدا راجع به مولکول آب و ساختمان آن کمی توضیح داده شود .

میدانیم که یک مولکول آب در حالت گازی، شامل یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن است . اتم

اکسیژن دارای چهار الکترون در مدار آخر است که دو الکترون را به اشتراک با دو اتم هیدروژن گذاشته است این سه اتم در یک ساختمان، با شکل هرمی (با قاعده مثلث ) قرار می گیرند و اتم اکسیژن از مرکز هرم کمی به سمت گوشه آن کشیده شده است . مولکول آب در حالت مایع این جفت الکترون آزاد اکسیژن را به طور نسبی در اختیار سایر هیدروژن های مولکول های دیگر آب می گذارد و باعث ایجاد پیوند هیدروژنی می شود با تشکیل نخستین بار ویژگی های ساختمان شبکه کریستالی هیدرات به وسیله اشعه ایکس توسط مولر مطالعه شده است. بر اساس نظریات وی تا آن زمان دو نوع شبکه کریستالی برای هیدرات شناسایی شده بود . هر دو ساختار مکعبی بوده و تحت عنوان ساختارهای ǀ , ǁ شناخته می شدند .

تا قبل از کشف ساختمان دیگری که به ساختمان H معروف شده است، تصور بر این بود که مولکولهای

بزرگتر از نرمال بوتان به علت بزرگی اندازه شان نمی توانند در فضای ایجاد شده در شبکه کریستال هیدرات قرار بگیرند و به همراه آب کریستال هیدرات را به وجود آورند .

نشان ، داده است که مولکول هایی نظیر متیل سیکلو هگزان H ریپمیستر با کشف کریستال هیدرات نوع

با همراهی مولکول های گازی کوچک دیگر نظیر متان و یا سولفید هیدروژن که گاز کمکی نامیده میشوند، نیز میتوانند کریستال هیدرات نوع H را تولید نمایند..

به طور کلی می توان گفت ساختار هیدرات ترکیبی از سه چند وجهی است که مولکول های آب به وسیله

دانلود با لینک مستقیم

مقاله در مورد مدلسازی و تشکیل هیدرات گازی

فی لوو

پیوندها

دسته‌ها

ابر برجسب

جدیدترین یادداشت‌ها

بایگانی

جستجو

مقاله در مورد مدلسازی و تشکیل هیدرات گازی