دانلود مقاله روشهای ذخیره سازی گاز

اختصاصی از هایدی دانلود مقاله روشهای ذخیره سازی گاز دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

ذخیره سازی گاز در مخازن تخلیه شده از گسترده ترین و اغلب ارزانترین روش ذخیره سازی در دنیا می باشد . عمده این مخازن ، مخازن گاز خالی شده می باشند ، اگر چه تعدادی از مخازن نفت نیز برای این منظور بکار برده شده است . اولین ذخیره سازی گاز بدین روش در کانادا در منطقه Wellanal Ontanio در سال 1915 انجام و اولین تاسیسات ذخیره سازی گاز در یک مخزن خالی شده در سال 1916 ساخته شد که از این منبع به عنوان قدیمی ترین واحد در دنیا یاد می شود . امروزه حدود 448 تاسیسات ذخیره سازی در مخازن تخلیه شده در سرتاسر جهان وجود دارد . به دلیل اینکه این مخازن ابتدا حاوی نفت یا گاز بوده اند معمولاً شرایط مورد نیاز ذخیره سازی مانند تخلخل و نفوذ پذیری لازم در آنها وجود دارد اگر چه قبل از انجام ذخیره سازی در چنین میادینی ضروری است که چک شود آیا با اهداف مورد نظر برای تولید مطابقت دارد یا خیر ، مانند خروجی خیلی بالا در یک مدت زمان خیلی کوتاه و نفوذ ناپذیری سقف صخره ( نفوذ ناپذیری در نقطه بالای محل ذخیره سازی ).

مخازن آب (Aquifers)

مخازن آب برای ذخیره سازی گاز اولین بار در کنتاکی آمریکا استفاده شده اند. امروزه 76 عدد از تاسیسات ذخیره سازی مخازن آب در دنیا وجود دارد که عمده آن در آمریکا ، سپس روسیه و فرانسه است. اصول ذخیره سازی در این مخازن بدین شکل است که بوسیله تزریق گاز در حفرات مخزن آب ، یک میدان مصنوعی گاز ایجاد می شود . برای این منظور شرایط زمین شناسی شامل طاقدیسی وسیع، یک منبع متخلخل و یک پوشش سنگ غیر قابل نفوذ ضروری است .

غارهای نمکی (Salt Caverns)

حفره های نمکی برای ذخیره سازی LPG سال ها است که استفاده می شوند اما تکنیک آن برای گاز طبیعی نسبتاً جدید است و برای اولین بار در آمریکا در سال 1991 در میشیگان معرفی شد . امروزه 54 عدد از این نوع تاسیسات در دنیا وجود دارد که 26 عدد از آن در آمریکاست و این نوع از ذخیره سازی خیلی سریع توسعه یافت . این مخازن برای ذخیره سازی مقادیر نسبتاً کمتر در مقایسه با مخازن آب و یا مخازن نفت و گاز خالی شده استفاده می شوند . ظرفیت ذخیره سازی برای یک حفره با حجم داده شده از این نوع متناسب است با ماکزیمم فشار عملیاتی که به عمق بستگی دارد . در مورد غارهای نمکی، گاز طبیعی سرد شده و بنابراین حجم آن کاهش می یابد تا اندازه میدان یا مخزن ذخیره سازی کاهش یابد. معمولاً غارهای نمکی از گنبدهای حاصل از رسوب نمک که دارای اندازه های متفاوتی می باشند بوجود می آیند .

غارهای نمکی برای ذخیره سازی گاز طبیعی بسیار مناسب می باشد زیرا نمک به خودی خود یک ماده آب بندی کننده است و مانع خروج گاز می شود و گاز را به راحتی درون حفره ها نگاه می دارد . همچنین نمک دارای خواصی است که آن را برای ذخیره سازی گاز مناسب می سازد :

• سخت و محکم است .
• در برابر گازها و مایعات هیدروکربنی غیر قابل نفوذ است .
• مانند پلاستیک عمل کرده وباعث بسته شدن منافذ می گردد .

غارهای نمکی قدرت تحویل دهی بالایی دارند و در زمان کم می توان گاز را از آن ها خارج نمود . بعلاوه براحتی می توان گاز را در آن تزریق کرد . در مواقع ضروری ، اپراتور می تواند از حالت تزریق به حالت استخراج گاز و بالعکس شیفت نماید و این کار در طی کمتر از 30 دقیقه قابل انجام است . با این اوصاف از غارهای نمکی می توان در مواقع اوج مصرف به راحتی استفاده نموده و عرضه و تقاضا را تنظیم نمود .

گاز طبیعی مایع شده (LNG)

گاز طبیعی مایع ، مایعی است بی بو ، شفاف و غیر سمی با وزن مخصوص حدود 45/0 گرم بر سانتی متر مکعب که با تبرید و میعان سازی گاز طبیعی در حدود 160- درجه سانتیگراد ، در حدود فشار یک اتمسفر تولید می شود . با میعان سازی گاز طبیعی ، حجم آن 600 برابر کاهش می یابد وبه همین دلیل توجیه کافی برای حمل و نقل گاز طبیعی به صورت مایع وجود دارد . این نسبت کاهش حجم برای LPG حدود 250 و در مورد CNG حدود 200 می باشد .

LNG شامل بیش از 95 درصد متان و درصد کمی اتان و پروپان و سایر هیدروکربن های سنگین تر است. سایر ترکیبات و ناخالصی های گاز طبیعی مانند اکسیژن ، آب ، گاز کربنیک و ترکیبات گوگردی طی فرآیند سرد کردن از گاز طبیعی جدا شده و گاز طبیعی در حالت مایع بدست می آید . البته تا حد 100 درصد متان خالص نیز قابل دست یابی است و نسبت به فلزات و سایر مواد حالت خورندگی ندارد وهنگامی که با هوا ترکیب و یا تبخیر شود در دامنه غلظت 5 تا 15 درصد
می سوزد .

LNG یا بخار آن در محیط یا فضای باز حالت انفجاری ندارد. کلیه آزمایشات انجام شده و خواص LNG ، ایمن بودن این سوخت را تایید می کند زیرا نشت مایع LNG یا ابر بخارات آن به محض تماس با زمین یا در اثر حرارت محیط به سرعت در هوا تبدیل به گاز شده و چون در این حالت از هوا سبک تر است در محیط پراکنده و منتشر می شود . LNG به لحاظ ارزش حرارتی و دانسیته انرژی ، مشابه سوخت دیزل (گازوئیل) هست. مراحل اصلی زنجیره تولید و انتقال عبارتند از مایع سازی ، حمل با کشتی وتبدیل مجدد به گاز .

مایع سازی

در فرایند مایع سازی ابتدا گاز تحت فشار زیاد مایع می شود و سپس به اندازه ای سرد
می شود که در فشار اتمسفر هم به حالت مایع باقی بماند . فرایند مایع سازی بسیار گران قیمت است . اما چهار دهه توسعه و پیشرفت در فناوری باعث شده هزینه مایع سازی تا 50 درصد کاهش یابد .

حمل باکشتی

LNG با کشتی های خاص که به این منظور ساخته شده اند حمل می شود تا هزینه ها حداقل و ایمنی حداکثر باشد. ظرفیت یک کشتی معمولی 145 هزار متر مکعب است که قیمت تقریبی آن در حدود 170 تا 190 میلیون دلار می باشد . تعداد کشتی های مورد نیاز برای یک پروژه صادرات LNG بستگی به فاصله مرکز تولید و بازار مصرف دارد . یک نکته قابل تامل در حمل و نقل LNG یکسره بودن آن است به عبارتی در مسیر برگشت خالی است، تا سال 2006 حدود 193 کشتی مخصوص حمل LNG در دنیا موجود بوده است .

تبدیل مجدد به گاز

این بخش شامل تخلیه کشتی ها ، ذخیره سازی و تبدیل مجدد به گاز است که هزینه های آن به طرز قابل توجهی پایین تر از مراحل مایع سازی است .

گاز طبیعی فشرده شده (CNG)

عناصر اصلی تشکیل دهنده ، متان و تا حدی اتان می باشد . CNG گاز سبکی است که نقطه اشتعال بالایی دارد و از این لحاظ مثل بنزین خطرناک نمی باشد . عدد اکتان CNG حدود 130 می باشد در حالی که عدد اکتان بهترین بنزین سوپر حدود 96 است بعلاوه مسایل زیست محیطی بنزین های بدون سرب را ندارند . تکنولوژی CNG برای انتقال گاز طبیعی در مسافت های طولانی ، قابلیت مهمی به شمار می رود . CNG را می توان در کشتی های مخصوص ذخیره و سپس به مقاصد مورد نظر حمل نموده ذخیره سازی در کشتی های CNG به صورت نگهداری گاز در لوله هایی با تحمل فشار   Psi 3000-1500 و به قطر 18 تا 36 اینچ می باشد. این لوله ها که به صورت افقی و عمودی در کشتی تعبیه شده اند ، توانایی ذخیره سازی مقادیر زیادی از گاز را در خود دارند . برای کاهش خطرات احتمالی ، دمای این لوله ها در 20- درجه سانتی گراد حفظ می شود . به دلیل فشار بالای CNG در مخازن لوله ای شکل ، بالا بودن احتمال خطر انفجار از مشکلات اساسی عمل نشدن کاربرد وسیع تکنولوژی CNG در جهان می باشد . امروزه استفاده از تکنیک های جدید در ساخت کشتی های CNG یعنی به کارگیری لوله هایی به قطر 6 اینچ که به صورت قرقره های بزرگ در درون کشتی تعبیه می شوند ، پیشنهاد شده است . این کشتی ها توانایی ذخیره سازی گاز بیشتری را در خود دارند .تکنولوژی CNG برای انتقال گاز مخازن آب های عمیق که عملاً انتقال گاز آنها با خط لوله به ساحل با دشواری و هزینه بالا روبرو است ، می تواند کاربرد یابد . با توجه به شرایط موجود تکنولوژی CNG ، استفاده از آن تنها برای انتقال گاز تا فواصل 2500 مایل مطمئن به نظر می رسد . تحقیقات در زمینه استفاده از این تکنولوژی برای انتقال گاز طبیعی در کشورهای آمریکا و استرالیا همچنان ادامه دارد . در صورت کاهش دادن خطر انفجار در هنگام انتقال ، می تواند رقیبی برای LNG در فواصل کوتاه تر (2500 مایل ) باشد . برای مصرف گاز طبیعی در خودردها با توجه به دانسیته انرژی کم آن باید تا فشار 200bar متراکم و در مخازن فلزی یا کامپوزیت که برای این فشار عملیاتی طراحی شده اند نگهداری شود .اگر چه یک کشتی CNG نمی تواند گاز را به مقادیر بارگیری شده در کشتی های CNG انتقال دهد ولی روش مایع سازی و همچنین تبدیل مجدد به گاز در تکنولوژی CNG سهل تر و بسیار کم هزینه تر است . سادگی فرآیند تولید و تکنولوژی ساده تر ساخت کشتی های حمل CNG نسبت به LNG ، طرح های CNG را به عنوان گزینه بالقوه برای انتقال گاز مطرح نموده است .

هیدرات گازی (NGH)

هیدرات گازی ماده ای یخ مانند است که از تماس آب یا یخ با گاز در فشار بالا و دمای پایین بوجود می آید . پیوند هیدروژنی مولکول های آب باعث بوجود آمدن حفره هایی می شود که مولکول های کوچک گاز می توانند وارد این حفره ها شوند و باعث پایداری آنها گردند . این حفره ها در غیاب مولکول گاز میهمان ناپایدارند اما وجود مولکول های گاز و پیوند فیزیکی آن با مولکول های آب باعث پایداری حفره ها می گردد . بنابراین نیروی نگهدارنده حفره ها ، نیروی واندروالسی است .هنگامی که به اندازه کافی حفره ها توسط گاز پر شدند و حفره به اندازه بحرانی خود برای رشد رسید ، رشد کریستال ها شروع می شود . بعد از یک زمان القایی که بستگی به شرایط سیستم دارد ، رشد کریستال ها در سطح تماس آب / گاز شروع می شود و فیلمی از هیدرات را بوجود می آورد . سرعت رشد کریستال ها در آب ساکت ( بدون همزن ) پایین است و سرعت رشد توسط نفوذ کنترل می شود . با استفاده از سیستم مجهز به همزن سطح تماس افزایش می یابد و با افزایش نفوذ سرعت رشد بیشتر می شود . گرچه با استفاده از همزن می توان سرعت تشکیل را بالا برد اما در مقیاس صنعتی سیستم دارای  همزن دارای مشکلاتی است که آن را غیر ممکن می کند .

ایده استفاده از هیدرات گازی جهت انتقال گاز طبیعی از اویل دهه 90 میلادی شروع شد . گودمونسون و همکاران از دانشگاه نروژ کارهای آزمایشگاهی در این زمینه را در سال 1990 آغاز نمودند و نتایج آن را در سال 1995 منتشر کردند . این تحقیق نشان داد که اگر هیدرات گازی بین دمای 15- تا 5- درجه سانتی گراد در فشار اتمسفر ذخیره شود، تجزیه نمی شود . دانشگاه نروژ با همکاری شرکت توسعه مهندسی آکر (Aker) در سال 1992 یک بررسی اقتصادی برای سیکل NGH انجام دادند . در این بررسی هزینه فرایند NGH و LNG برای انتقال 400 میلیون فوت مکعب گاز برای فاصله 3500 مایل مقایسه شد که فرایند NGH ، 25 درصد ارزانتر بود .

خاصیت خود نگهداری هیدرات به آن اجازه می دهد که در فشار پایین تر از فشار تشکیل آن پایدار بماند . بعد از تشکیل هیدرات در فشار بالا آن را تا زیر صفر درجه سانتی گراد سرد می کنند و فشار را به فشار اتمسفر کاهش می دهند . در این صورت اگر به آن گرما نرسد ( شرایط آدیاباتیک ) هیدرات تجزیه نمی شود . در واقع جزئی از سطح هیدرات تجزیه می گردد و آب بوجود امده یخ می زند و مانند لایه محافظتی اطراف آن را می پوشاند و مانع تجزیه بیشتر آن می گردد .

سیکل NGH شامل سه مرحله است : تولید هیدرات ، انتقال و تبدیل دوباره به گاز . از کل هزینه سیکل ، 61 درصد مربوط به تولید ، 31 درصد مربوط به انتقال و 8 درصد مربوط به تبدیل دوباره به گاز و مصرف می باشد . برای تولید هیدرات گازی از دو روش دوغابی و خشک می توان استفاده نمود . ایواساکی و همکاران از شرکت میتسویی نتایج آزمایشگاهی خود را برای تولید و انتقال هیدرات بصورت گلوله های کروی منتشر کردند که مشخص شد تبدیل پودر هیدرات به ذرات کروی تحت فشار باعث پایداری بیشتر آن و افزایش چگالی می گردد . همچنین نتیجه گرفتند که رابطه مستقیمی بین میزان فشرده کردن پودر و مقاومت آن وجود دارد در این شرایط میزان تجزیه هیدرات در فشار اتمسفر و دمای 20 درجه زیر صفر 25% گزارش شده است بسیار کمتر از پودر هیدرات است . نتایج بررسی و آزمایشات سایر افراد و گروههای پژوهشی به قرار زیر می باشد : سرعت تشکیل هیدرات وابسته به زمان القایی نیست و ذرات کوچکتر یخ برای تشکیل هیدرات مناسبتر است .

سرعت تشکیل هیدرات در راکتور پیوسته همزن دار می تواند تا سه برابر بیشتر از راکتور ناپیوسته در همان شرایط باشد .

بنابراین هیدرات دارای خاصیت خود نگهداری ، فشاری کمتر از CNG و دمایی به مراتب بالاتر از LNG و ظرفیت ذخیره سازی کمتر از LNG و CNG یعنی حدود 160 حجم گاز در هر حجم از هیدرات می باشد .

تکنولوژی GTL (سوخت مایع)

تبدیل گاز به سوخت مایع یا فرآورده های با ارزش ، از جمله متانول ، دی متیل اتر و سایر فرآورده های میان تقطیر نفتی (مانند بنزین ، گازوئیل و نفت سفید) یا به عبارتی Gas To liquids ، در واقع یک فرایند سه مرحله ای است که مرحله نخست آن تبدیل گاز طبیعی متان به گاز سنتز ، به وسیله افزودن مقدار لازم اکسیژن است .

در مرحله دوم ، گاز سنتز به درون یک راکتور فیشر- تروپش ، تزریق می شود و در مجاورت کاتالیست مناسبی که نوع آن بستگی به تکنولوژی مورد استفاده دارد ، به هیدروکربن های مایع تبدیل می شود .

در مرحله سوم ، هیدروکربن های حاصله از طریق هیدروکراکینگ و هیدروایزومرینگ به سوخت مایع تبدیل می شوند . در راکتور فیشر- تروپش (FT) ، کاتالیستی به مصرف می رسد که ترکیبی از کبالت ، آلومینیوم ، سیلیس ، منیزیم ، زیرکدنیم یا تیتانیوم و اندکی نیکل است . ترکیب دقیق این عناصر در همه فرایندها یکسان نبوده و هر شرکتی از ترکیب خاص خود استفاده می کند که این ترکیبات محرمانه هستند . حجم گاز طبیعی مورد نیاز برای تولید یک بشکه GTL در حدود 1 هزار فوت مکعب است . تولید این فرآورده از گازهای طبیعی میادین بزرگ گازی دارای صرفه

شامل 60 صفحه فایل word قابل ویرایش