دانلود مقاله هیدرات چیست؟

اختصاصی از هایدی دانلود مقاله هیدرات چیست؟ دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

هیدراتهای گازی از یک شبکه تشکیل شده که اولین بار به وسیلهDavyسال  1816 کشف  شد.این شبکه می تواند از هر عنصری باشد که در آن مولکولهای  مهمان  در یک ساختمان قفسی متشکل از م.لکولهای میزبان محصور  می شوند.یک هیدرات گاز طبیعی همانطور که در شکل(1-2)نشان داده شده است،که درآن این شبکه از مولکولهای آب تشکیل شده،دایره ها نشانگر مولکولهای آّب وخطوط، باندهای هیدروژنی می باشد.در بین هر مشبک یک سری حفره وجود دارد که باید به وسیله تعداد کافی از مولکولهای مهمان اشغال شوند، تا به این شبکه کریستالی استحکام بخشیند.

عکس برداری جز به جز نشان می دهد که ساختمان کریستال هیراتهای گاز یک مشتقی از پنتاگونال دودکان است. ساختمان 12 وجهی که وجه های آن 5 گوشه دارند با زاویه باندClaussen.1080F    دو نوع شبکه کریستالی مجزا از یکدیگر را به صورت ساختمان II و I پیشنهاد کرد. دو ساختار کریستالی برای هیدراتهای گازی وجود دارد.

مولکولهای کوچکتر (متان، اتان،H2S ) ایجاد یک ساختار c.b.b می کنند، مولکولهای بزرگتر (پروپان،ایزوبوتان )یک ساختار شبکه الماسی با 17 مولکول آب در هر مولکول گاز ایجاد می کند، می توان پیش بینی کرد که درغیاب پروپان و هیروکربنهای سنگین تر فقط هیرات نوع I تشکیل می شود وساختمان II درموردپروپان وn-butan iso-butan   خیلی راحت تر ایجاد می شود وزمانی که اتان وپروپان هر دو حضور داشته باشند هر دونوع تشکیل می شود.از مطالب بالا پیداست که یکی از عوامل مهم در تعیین نوع ساختمان اندازه مولکول است وعامل مهم دیگر حلالیت گاز است.

حلالیت مقدمتاً روی سرعت خشک شدن اثر می گذارد. می توانیم بپذیریم که مولکولهای مهمان نوع ساختمان تشکیل اثر می گذارد واین را می توان از رفتار تشکیل هیرات متان وH2S وپرپان دریافت.در یک دمای مشخص هیدرات متان خاص در مقایسه با هیدرات پروپان در فشار بالاتری تشکیل می شود.پدیده فوق را می توان چنین توجیح کرد که برای یک مولکول کوچک، فرار از به دام افتادن در یک قفس راحت تر از یک مولکول بزرگتر است وهمچنین در یک زمان مولکولهای متان زیادی وجود دارند ولی آنها خیلی فعال هستند وحرکت اتفاقی وکوچکی اندازه آنها شبکه سازی را خیلی دشوار می سازد.

در مجموع برای هیدراتها فرمول خاصی وجود ندارد،ودر زیر چند کریستال هیدرات رایج برای یک ترکیب داده شده است. 

نرمال بوتان می تواند تشکیل هیدرات دهد ولی بسیار ناپایدار است و تمام یا رافینهای سنگین تر از بوتان نیز نمی توانند تشکیل هیدرات دهند.

کریستال های غیر قابل تقسیم هیدرات در یک فاز آب مایع تشکیل می شوند،این کریستالها خیلی کوچک هستند اما آنها نمی توانند با تقسیم شدن وجوه مرکب از 5 تا 6 مولکول آب ، رشد کنند ومشکل هیدرات زمانی مطرح می شود که این رشد و نمو ادامه پیدا کند تا جائی که یک مسدود شدگی در خط لوله ایجاد کند

هیدراتها در سیستم های گاز طبیعی

عملا درتمام گاز طبیعی که  ازچاه بالا می آید بخار آب موجود می باشد .مقادیر بخار آب موجود در گاز در شرایط تعادل به دما وفشار بستگی دارد.

آب درگاز طبیعی به یک منبع پتانسیل سکون بیان می شود که در خطوط لوله با فشار بالا ایجاد دردسر می کند.ممکن است ترکیبات جامد شناخته شده مثل هیدراتها، بوسیله ترکیب شیمیایی هیدروکربنها وآب تحت فشار تشکیل شوند.

کاربرد قانون فاز برای داده های آب،پروپان-متان پیش بینی می کند که هیدراتها رفتاری شبیه به محلولهای جامد دارند.

هیدراتهای گاز طبیعی یک شکلی از ترکیبات شیمیائی هستند وزمانی فرضیه فوق ثابت شد که فهمیدند مولکولهای گاز طبیعی فضای میان مولکولهای آب را اشغال می کند.در ضمن هیچ ترکیب شیمیایی میان آب وگاز طبیعی وجود ندارد. زمانی که آنها فضای خالی ساختمانی را اشغال می کنند.

این ترکیب به نسبت 46 مولکول آب به 4مولکول گاز است.معمولاً در فشار های زیاد وشاید دماهای نسبتاً زیادکه ین دما بالای نقطه انجماد طبیعی (320F) می باشد بسیاری از گازها از هیدراتهای جامد که درسیستم کریستال می شوند تشکیل می شوند .تشکیل شیمیایی هیدرات گازهای طبیعی ممکن است خیلی گوناگون باشد. این چنین گازهایی می تواند شامل گازهای بی اثر وهیروکربنهای اشباع وغیر اشباع باشند.اجسام به آسانی درآب حل می شوند به شرطی که تشکیل هیدرات ندهند،وگرنه باید فاکتورهای اندازه وشکل مولکولی مشخص شود. از جمله هیدروکربنهای پارافینی متان، اتان، پروپان وایزوبوتان هیدراتها را تشکیل می دهند.

هیدرات گازی که در خطوط گاز طبیعی تشکیل می شود، بیشتر شبیه یک دسته برف فشرده شده به نظر می آید، واین هیدرات گاز خیلی سبک ومتخلخل می باشد. موقعی که هیدرات گاز در معرض هوای آزاد قرار گیرد حجم زیادی از گاز طبیعی ازآن متصاعد می شود.اگر این هیدرات را آتش بزنند خیلی سریع مشتمل شده ومقدار کمی آب از خود به جا می گذارد.

در گذشته چنین تصور می شد که یخ زدن لوله های گاز در اثر یخ زدن آب موجود در آنهاست ولی بعداً مشخص گردید که این بستن اغلب بوسیله تشکیل هیدراتهای گاز بوجود می آید که این هیدراتهای گاز معمولا در درجه حرارت بالاتر از  0oC تشکیل می گردد. در هیدراتهای گازی، هیدروکربنهای سنگین تراز نرمال بوتان معمولاً وجود ندارد.

همانطور که قبلاً اشاره شد در بین هیدروکربنهای پارافینی فقط متان، اتان، پروپان و ایزوبوتان می توانند باعث تشکیل هیدرات گاز شوند. از بین هیدروکربنهای یاد شده آنهائیکه وزن مولکولی بیشتری دارند هیدرات پایدارتری را تولید می نمایند ویا به عبارت بهتر مولکولهلی بزرگتر معمولاً هیدراتهای محکمتری را تشکیل می دهند، یعنی هیدرات تشکیل شده توسط ایزوبوتان از هیدرات تشکیل شده توسط متان با ثبات تر است.

یخ زدگی درسیستم های گاز طبعی در اثر فشار بالای گاز،وجود بخار آبودرجه حرارت پایین گاز ایجاد می شود. در شکل های ماره(20-2)تا(6-2)شرایط تشکیل هیدرات در هیدروکربنهاب مختلف ومخلوط آنها وگاز طبیعی با چگالی گوناگون نشان داده شده است.

دو نوع ساختمان کریستالی برای هیدراتها وجود دارد. هیدراتهائی که با آب ومولکولهای کوچک هیدروکربنی تشکیل می گردند به صورت کریستال های مکعبی بوده و هیدراتهائی که با آب ومولکولهای بزرگتر هیدروکربنی تشکیل می کردند بفرم ساختمان شبکه الماسی در می آیند.

شرایط به وجود آمدن هیدرات در عملیات گاز

1-وجود آب آزاد (درجه حرارت گاز باید زیر نقطه شبنم آب در گاز بوده وآب به صورت آزاد در گاز باشد)

2-درجه حرارت پایین

3-فشار بالا

در سیستم هایی که شرایط بالا فراهم باشد سرعتهای بالا، ضربات فشاری، تلاطم های در نتیجه نوسانات فشار و وجود یک کریستال کوچک هیدرات موقعیت ومحل فیزیکی برای تشکیل کریستال نظیر یک (زانویی لوله )زانویی لولهPipeelbowمربوط به اریفیس، می توانند عامل تسریع در تشکیل هیدرات ها باشند.

محاسبه وتعیین نقطه تشکیل هیدراتها

هیدراتها در حقیقت مخلوطی از هیدروکربنهای محلول در کریستالهای منجمد شده هستند. چگالی گازهای متصاعد شده از هیدرات، در طول به اصطلاح آب شدن آن، مرتباً افزایش می یابد. مشابه با حالات تعادل مایع وبخار، آقایانWILCOX    وKATZ نتیجه گرفتند که شرایط تشکیل هیرات با استفاده از ثابت تعادل بین بخار وجامد قابل محاسبه می باشد وثابت تعادل بخار وجامد طبق فرمول زیر تعریف می شود:

که در فرمول بالا:

y:درصد مولی هیدروکربنهای موجود درگاز وبدون در نظر گرفتن آب.

x:درصد مولی هیدروکربنهای موجود در جامد وبدون در نظر گرفتن آب می باشند.

آقایانWILCOXوKATZ مقادیر ثابت تعادل بین بخار وجامد را برای متان،اتان،پروپان وایزوبوتان نشان داده اند.

در تحقیقات بعدی ثابت تعادل بین جامد وگاز برای مخلوطی از گازهای متان ودی اکسید کربن،آب ومتان،سولفید هیدروژن وآب محاسبه گردید ای ثابتهای تعادل در شکلهای (7-2)تا(12-2)نشان داده شده اند.در مخلوط هیدروکربنهای سبک ونرمال بوتان با درصد حجمی پایین می توان ثابت تعادل را برابر با ثابت تعادل اتان گرفت، برای نیتروژن وهیدروکربنهای سنگین تر از بوتان ، ثابت تعادل برابر با بی نهایت گرفته

شامل 22 صفحه فایل word قابل ویرایش