هیدرات گازی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
هیدرات گازی متان در حال سوختن

هیدرات گازی(به انگلیسی: Clathrate hydrate) ترکیبی از گازهای سبک مثل متان، اتان یا دی اکسیدکربن است که تحت یک شرایط خاص دمایی و فشاری با مولکول‌های آب ترکیب شده و ماده‌ای شبیه به یخ را تشکیل می‌دهد، که حجم زیادی از گاز را در خود جای داده‌است. نقطهٔ قوت هیدراتهای گازی ظرفیت ذخیره‌سازی بالای آنها می‌باشد، به طوری که هر مترمکعب از هیدرات شامل ۱۸۰ - ۱۶۰ مترمکعب از گاز متان می‌باشد. هیدراتهای گازی در دمای ℃ ۲۰- و فشار اتمسفر نگهداری می‌شوند ودرصورتی که بتوان هیدرات را در فشار بالا(۴۰-۸۰ بار) نگهداری نمود می‌توان دمای آن را تا ۱۸ درجه سانتیگراد بالا برد.[۱] امروزه هیدرات گازی به عنوان یک روش برای انتقال گازها، ذخیره‌سازی گازها مورد توجه قرار گرفته است.[۲] در واقع بعد از کشف خاصیت خود نگهداری هیدرات[۳] استفاده از هیدرات جهت ذخیره‌سازی و انتقال گاز به صورت جدی تر مطرح گردید. این خاصیت به هیدرات اجازه می‌دهد که در فشار پائین تر از فشار تشکیل آن پایدار بماند. بعد از تشکیل هیدرات در فشار بالا آن را تا زیر صفر درجه سانتی گراد سرد می‌کنند و فشار را به فشار اتمسفر کاهش می‌دهند. در این صورت اگر به آن گرما نرسد (شرایط آدیاباتیک) هیدرات تجزیه نمی‌شود. در واقع جزئی از سطح هیدرات تجزیه می‌گردد و آب بوجود آمده یخ می‌زند و مانند لایه‌ای محافظتی اطراف آن را می‌پوشاند و مانع تجزیه بیشتر آن می‌گردد

ساختار[ویرایش]

هیدرات گازی معمولا از دو ساختار کریستالوگرافی تشکیل شده است - ساختار نوع I و ساختار نوعII که از گروه‌های فضایی Pm\overline{3}n و Fd\overline{3}m می‌باشند. البته به ندرت یک گروه فضایی دیگر مشاهده می‌شود که از نوع P6/mmm است .(نوعH)

سلول واحد نوع I شامل ۴۶ مولکول آب است که دو نوع قفس ایجاد می‌کند-نوع کوچک و نوع بزرگ. برای مثال دی اکسیدکربن در هیدرات دی اکسیدکربن و متان در هیدرات متان از این نوع هستند.

سلول واحد نوع II شامل ۱۳۶ مولکول آب است که دو نوع قفس ایجاد می‌کند-نوع کوچک و نوع بزرگ. نوعII از گازهایی مانندN2وO2 تشکیل شده است.

سلول واحد نوع H شامل ۳۴ مولکول آب است که سه نوع قفس ایجاد می‌کند - دو نوع کوچک متفاوت و یک نوع بزرگ. برای اینکه هیدرات نوع ۳ به صورت پایدار تشکیل شود لازم است دو نوع بزرگ و کوچک با هم تشکیل شوند. هیدرات‌های نوع ۳ در خلیج مکزیک وجود دارند.

شرایط تشکیل[ویرایش]

شرايط تشکيل هيدرات عبارت است از فشار و دماي مناسب، وجود مولکول آب و وجود مولکول گاز.فرايند تشکيل هيدرات داراي مراحلي كاملاً مشابه با فرايند كريستاليزاسيون بوده و شامل دو مرحله هسته زايي و رشد مي باشد. مطالعات نشان داده كه در صورت بوجود آمدن شرايط لازم كريستال هيدرات فوراً تشکيل نمي شود بلکه مدت زماني طول مي كشد تا آرايش لازم در ميان مولکول هاي آب بوجود آمده و در نتيجه قفس ها تشکيل شوند كه به اين زمان، زمان تاخير مي گويند[۴]

بازدارنده ها[ویرایش]

مطالعه روی هیدرات های گازی از دو منظر ترمودینامیکی و سینتیکی انجام می پذیرد. مطالعه ترمودینامیکی شرایط دمایی و فشاری تشکیل هیدرات و مطالعه سینتیکی سرعت تشکیل و رشد کریستال های هیدرات گازی را بررسی می کنند. در سال های اخیر به علت استفاده از بازدارنده هوای ترمودینوامیکی در صنعت، توجه مهندسان روی مطالعه ترمودینامیکی هیدرات های گازی بوده است ولی امروزه با توجه به روند رو به رشد استفاده از بازدارنده های سینتیکی ( که سرعت تشکیل هیدرات را تحت تأثیر قرار می دهند) بررسی سینتیکی تشکیل هیدرات گازی رو به افزایش است.بازدارنده های سینتیکی رشد کریستال ها و به تله افتادن هیدروکربن ها در شبکه ی کریستالی یخ را به تأخیر میاندازند. اثر آن ها به این شکل است که روی مولکول های آب جذب سطحی می شوند و جلوی تشکیل پیوند شیمیایی مولکول های گازی با آب را می گیرند. معروف ترین بازدارنده های سینتیکی پلی وینیل پیرولیدین (PVP) , پلی وینیل کاپرولاکتام(PVCAP) , پلی متیل وینیل لاکتامید (VIMA), پلی وینیل والرولاکتام (PVVam) , پلی اکریلو پیرولیدین (PAPYD) و ترکیبی از این پلیمر ها می باشند. این بازدارنده ها هزینه عملیاتی کمتری نسبت به بازدارنده های ترمودینامیکی دارند و دوستدار محیط زیست بوده و سمی نمی باشند.[۵]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. (Davarnejad, J. Azizi, J. Azizi, Prediction of Gas Hydrate Formation using HYSYS Software, International Journal of Engineerin IJE),TRANSACTIONSEC: Aspects Vol. 27, No. 9, (October 2014)g.
  2. Sloan, E.D. ,”Clathrate Hydrate of Natural Gases”,2nd ed. ,Marcel Dekker,1998 2
  3. Walsh, C. V. Marks, L. , Fire fighting Strategy and Leadership, second ed. , 1976
  4. Kashchiev,D. Firoozabadi, A., "Induction time in crystallization of gas hydrates " Journal of Crystal Growth ,Vol. 250 , 2003.
  5. Frostman ,L.M.,Crosby ,D.L.,Low Dosage Hydrate inhibitor(LDHI)Experience in Deepwater ,The Deep offshore Technology conference ,Marseille ,france , November (2003)19-21
  • مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا، «Clathrate hydrate»، ویکی‌پدیای انگلیسی، دانشنامهٔ آزاد (بازیابی در ۱۴ تیر ۱۳۹۲).

پیوند به بیرون[ویرایش]