پیش بینی تعادل ترمودینامیکی هیدرات گازی به کمک معادله حالت cpa
چکیده
با رشد سریع صنعت نفت و گاز در جهان، مشکلات موجود بر سر استحصال، انتقال و ذخیره سازی آن نیز رو به فزونی نهاده است. در صنایع توجه به هیدرات گازی از زمانی شروع شد که تشکیل هیدرات در خطوط لوله باعث بند آمدن مسیر جریان و در نهایت قطع سرویس و توقف تولید شده بود. ولی با گذشت زمان و تحقیقات گسترده نشان داده شد که تشکیل هیدرات همیشه به عنوان پدیده ای مزاحم نیست. بر طبق آخرین تحقیقات به علت دمای کم و فشار زیاد در لایه های زیرین زمین منابع هیدروکربنی فراوانی به صورت هیدرات موجود است. در این تحقیق در بخش اول محاسبات تبخیر ناگهانی دو فازی (بخار - مایع) و با استفاده از مدل ? - ? در محدوده ی وسیعی از دما و فشار برای تعیین حلالیت اجزای تشکیل دهنده هیدرات در آب استفاده شده است. در بخش دوم برای پیش بینی شرایط تشکیل هیدرات گازی آلکان ها (شامل متان، اتان، پروپان و ایزو بوتان) و نیز گازهایی مانند دی اکسید کربن، نیتروژن و سولفید هیدروژن، در شرایط تعادل سه فازی (بخار - مایع - هیدرات) از مدل ? - ? برای تعادل بخار - مایع و از مدل واندروالس - پلاتیو برای فاز جامد هیدرات استفاده شده است. در تعادل فازی بخار - مایع از معادله حالت cpa و قاعده اختلاط واندروالس کلاسیک استفاده شده است و نتایج به دست آمده برای تعیین حلالیت اجزای تشکیل دهنده هیدرات در آب و پیش بینی فشار تعادلی تشکیل هیدرات با مقادیر تجربی مقایسه شده است. با بررسی نتایج به دست آمده از حلالیت معلوم شد که با افزایش تعداد کربن (هیدروکربن های سنگین تر) میزان خطا در محاسبات به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد به طوری که بیشترین خطا در هیدروکربن ها مربوط به نرمال بوتان با 9/4% و کمترین خطا مربوط به متان با 9/2% است. در مورد گازهای دی اکسید کربن، نیتروژن و سولفید هیدروژن بیشترین خطا در محاسبات حلالیت مربوط به دی اکسید کربن با 4/4% و کمترین خطا مربوط به سولفید هیدروژن با 7/2% است. با توجه به نتایج به دست آمده، معادله حالت cpa با قاعده اختلاط واندروالس برای تعیین حلالیت اجزای تشکیل دهنده هیدرات گازی در آب مناسب است. در نتایج به دست آمده برای پیش بینی فشار تعادلی تشکیل هیدرات در بین هیدروکربن ها بیشترین خطا مربوط به هیدرات اتان با 33/12% و کمترین خطا مربوط به هیدرات ایزو بوتان با 67/1% است و در مورد سه گاز دیگر بیشترین خطا مربوط به هیدرات دی اکسید کربن با 37/10% و کمترین خطا مربوط به هیدرات نیتروژن با 55/3% است. با توجه به مقایسات انجام شده در متن تحقیق نتیجه می شود که معادله حالت cpa با قاعده اختلاط واندروالس برای انجام محاسبات تعادلی تشکیل هیدرات دی اکسید کربن مناسب نیست.