مقدمه
هیدرات های گازی ترکیبات جامد شبیه یخ هستند که از ترکیب مولکول‌های آب با مولکول‌های گاز (مانند متان، اتان، پروپان، دی اکسید کربن و…) تحت شرایط خاص دما و فشار تشکیل می‌شوند. این ترکیبات در طبیعت، به‌ویژه در اعماق اقیانوس‌ها و مناطق قطبی، به وفور یافت می‌شوند.
تشکیل هیدرات با کربن دی اکسید نیز یکی از انواع هیدرات‌های گازی است که در سال‌های اخیر به دلیل اهمیت آن در زمینه‌های مختلف، از جمله ذخیره سازی کربن و بازیابی گاز طبیعی، مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است.
مکانیسم تشکیل
تشکیل هیدرات‌های گازی، فرآیندی پیچیده است که به عوامل مختلفی از جمله دما، فشار، نوع گاز، ترکیب آب و وجود ناخالصی‌ها وابسته است. در مورد هیدرات‌های کربن دی اکسید، مولکول‌های CO2 در حفره‌های قفس مانندی که توسط مولکول‌های آب تشکیل شده‌اند، محبوس می‌شوند. این ساختار قفس مانند به هیدرات‌ها ساختاری شبیه به کریستال می‌دهد.
تشکیل هیدرات با کربن دی اکسید
هیدرات گاز طبیعی (NGH) به عنوان یک منبع هیدروکربنی با پتانسیل تولید زیاد و ذخایر عظیم در نظر گرفته می شود که عمدتاً در زیردریایی ها و منجمدهای دائمی زمینی مدفون است. تحقیقات فعلی در مورد NGH عمدتاً بر اکتشاف خواص NGH و روش های تولید متمرکز است. روش های تولید NGH را می توان به طور کلی به 4 دسته طبقه بندی کرد:
1. تحریک حرارتی برای افزایش دمای تشکیل تا بالاتر از دمای تعادل NGH.
2. کاهش فشار تولید برای کاهش فشار مخزن به زیر فشار تعادل NGH.
3.تزریق بازدارنده شیمیایی برای تزریق بازدارنده هیدرات ترمودینامیکی به مخزن برای شکستن تعادل اصلی NGH.
4.جایگزینی CO2.
کمبودهای سه روش اول عمدتاً با راندمان انتقال حرارت پایین در مخزن مشخص می شود که سرعت تجزیه هیدرات NGH را محدود می کند. با توجه به هدایت حرارتی نسبتا ضعیف تشکیل، کاهش سریع دما در منطقه تجزیه هیدرات ناشی از جذب حرارت زیاد در طول تجزیه هیدرات نمی تواند به طور موثر جبران شود، در نتیجه منجر به راندمان تولید پایین می شود. علاوه بر این، این سه روش مبتنی بر اصل تجزیه هیدرات است که منجر به کاهش استحکام مخزن هیدرات NGH و بیشتر منجر به ناپایداری شیب، تخریب بستر دریا و سایر مشکلات زیست محیطی می شود.
مدل سازی تشکیل هیدرات با کربن دی اکسید در کامسول
در این پروژه مدل سازی تشکیل هیدرات با کربن دی اکسید در نرم افزار کامسول انجام شده است. روش جایگزینی CO2 دارای اثرات دوگانه در بهره برداری انرژی و ترسیب گازهای گلخانه ای (GHG) است، اما نرخ جایگزینی CH4 آن بسیار پایین است. هنگامی که یک بازدارنده اضافه می شود، هیدرات CH4 و هیدرات CO2 از نظر پایداری ترمودینامیکی متفاوت هستند. در این راستا روش جدیدی برای تولید NGH پیشنهاد و به صورت تجربی اثبات شد. این روش جدید روش جایگزینی CO2 را با فناوری بازدارنده هیدرات ترمودینامیکی برای تسریع تجزیه هیدرات CH4 ترکیب می کند. برای این مدلسازی از اطلاعات مقالات زیر استفاده شده است.
A new method for the replacement of CH4 with CO2 in natural gas hydrate production
Simulating the chemical kinetics of CO2-methane exchange in hydrate
تصاویر زیر بخشی از نتایج شبیه سازی را نشان می دهد.
کسر جرمی CH4
کسر جرمی CO2
جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.