تازه های علم شیمی

[Sara12]

سوخت هيدروژن

امروزه گاز هيدروژن براي استفاده در موتورهاي احتراقي و وسايل نقليه الكتريكي باتري دار مورد بررسي قرار گرفته است

. هيدروژن در دما و فشار طبيعي، يك گاز است و به اين علت، انتقال و ذخيره آن از سوخت هاي مايع ديگر، دشوارتر است. سامانه ‌هايي كه براي ذخيره هيدروژن توسعه يافته‌اند، عبارتند از:

هيدروژن فشرده، هيدروژن مايع و پيوند شيميايي ميان هيدروژن و يك ماده ذخيره (براي مثال، هيدريد فلزات).

با اين كه تاكنون هيچ سامانه حمل و نقل و توزيع مناسبي براي هيدروژن وجود نداشته، اما توانايي توليد اين سوخت از مجموعه متنوعي از منابع و خصوصيت پاك سوز بودن آن، هيدروژن را به سوخت جانشين مناسبي تبديل كرده است.
هيدروژن يکي از ساده‌ترين و سبك‌ترين سوخت هاي گازي است که در فشار اتمسفري و دماي جوي حالت گاز دارد. سوخت هيدروژن همان گاز خالص هيدروژن نيست، بلكه مقدار كمي اكسيژن و ديگر مواد را نيز با خود دارد. منابع توليد سوخت هيدروژن شامل گاز طبيعي ، زغال سنگ ، بنزين و الكل متيليك هستند. فرآيند فتوسنتز در باكتري ها يا جلبك ها و يا شكافتن آب به دو عنصر هيدروژن و اكسيژن به كمك جريان الكتريسيته يا نور مستقيم خورشيد از آب، روش هاي ديگري براي توليد هيدروژن هستند.
در صنعت و آزمايشگاه هاي شيمي، توليد هيدروژن به طور معمول با استفاده از دو روش شدني است: 1- الكتروليز 2- توليد گاز مصنوعي از بازسازي بخار يا اكسيداسيون ناقص. در روش الكتروليز با استفاده از انرژي الكتريكي، مولكول‌هاي آب به هيدروژن و اكسيژن تجزيه مي‌شوند. انرژي الكتريكي را مي‌توان از هر منبع توليد الكتريسيته كه شامل سوخت هاي تجديد پذير نيز مي‌شوند، به دست آورد. وزارت نيروي آمريكا به اين نتيجه رسيده است كه استفاده از روش الكتروليز براي توليد مقادير زياد هيدروژن در آينده مناسب نخواهد بود.
روش ديگر براي توليد گاز مصنوعي، بازسازي بخار گاز طبيعي است. در اين روش، مي‌توان از هيدروكربن‌هاي ديگر نيز به عنوان ذخاير تامين مواد استفاده كرد. براي نمونه، مي‌توان زغال سنگ و ديگر مواد آلي (بيوماس) را به حالت گازي درآورد و آن را در فرآيند بازسازي بخار براي توليد هيدروژن به كار برد. از طرفي چون هيدروکربن هاي فسيلي محدود و رو به اتمام هستند، پس بهتر است ديد خود را به سمت استفاده از منابع تجديد شونده معطوف کنيم.
گاز هيدروژن مي تواند هم از منابع اوليه تجديد پذير و هم از منابع تجديد ناپذير توليد شود. امروزه توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد پذير به سرعت مراحل توسعه و رشد خود را مي پيمايد. اين در حالي است که توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد ناپذير به ويژه منابع فسيلي به علت محدود بودن اين منابع روز به روز کاهش مي يابد.

گاز هيدروژن در اثر واکنش هاي تخميري ميکروارگانيسم هاي زنده، به ويژه باکتري ها و مخمر ها روي بيوماس، توليد مي شود. بيوماس از منابع اوليه تجديد پذير است که از موادي مانند علوفه، ضايعات گياهان و فضولات حيوانات به دست مي آيد. در روند توليد گاز هيدروژن، باکتري هاي بي هوازي با استفاده از پديده تخمير، مواد آلي و آب را به گاز هيدروژن تبديل مي کنند. براي توليد هيدروژن به وسيله باکتري ها دو نوع تخمير وجود دارد: يک نوع تخمير نوري است که در آن به منبع نور نياز است و نوع ديگر، تخمير در تاريکي است که نيازي به نور ندارد. در اين واکنش ها منابع کربني زيادي استفاده مي شود که همگي از بيوماس تامين مي شوند.

در طبيعت ميکروارگانيسم هاي بي هوازي در غياب اکسيژن و با استفاده از پديده تخمير، گاز هيدروژن توليد مي کنند، ولي مقدار اين گاز از نظر کمي پايين است و از نظر اقتصادي براي مصارف صنعتي و خانگي و ... قابل توجيه نيست؛ از اين رو بايد با استفاده از روش هايي، بازده توليد گاز هيدروژن را افزايش داد. يکي از روش هايي که مي توان بازده توليد گاز هيدروژن را بالا برد، تغييرات ژنتيک در ژنوم اين باکتري ها با استفاده از روش هاي مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي است. روش ديگر، استفاده از ترکيبي از باکتري هاي هوازي و بي هوازي در کنار هم است. در اين روش چون باکتري هاي بي هوازي در فرآيند تخمير توليد اسيد هاي آلي مي کنند، رفته رفته محيط واکنش اسيدي مي شود و ph پايين مي آيد؛ از اين رو توليد هيدروژن کاهش مي يابد. ولي هنگامي که باکتري هاي هوازي در محيط باشند، از اسيد هاي آلي استفاده و آنها از محيط خارج مي کنند؛ در نتيجه راندمان توليد گاز هيدروژن بالا مي رود.

تحقيق و توسعه

وزارت نيروي آمريكا براي توسعه استفاده از هيدروژن دو برنامه اصلي را دنبال مي‌كند که يکي برنامه هيدروژن وزارت نيرو و ديگري شبكه اطلاعاتي تكنولوژي‌هاي هيدروژن است. هيدروژن، سومين انرژي فراوان بر روي سطح زمين است. همان طور كه به صورت ابتدايي در آب و تركيبات آلي يافت مي شود. هيدروژن از هيدروكربن ها يا آب به دست مي آيد و هنگامي كه به عنوان سوخت مصرف مي شود، يا براي توليد الكتريسيته از آن استفاده مي شود و يا با تركيب مجدد با اكسيژن توليد آب مي كند. از اين رو و با توجه به قابليت بالاي توليد انرژي در اين سوخت اخيراً تلاش هاي زيادي براي جانشين کردن اين سوخت صورت مي گيرد.

مسائل ايمني

هيدروژن از ديدگاه ايمني نيز مطمئن و مطلوب است و براي حمل ونقل ، نگهداري و استفاده، خطرناك تر از سوخت هاي رايج ديگر نيست. به هر صورت مسائل ايمني همچنان به عنوان يكي از اساسي‌ترين مقوله ها در استفاده از انرژي هيدروژن باقي مي ماند.استانداردهاي متداول دنيا امنيت استفاده از آن را با سختگيري در طراحي‌ و انجام آزمايش هاي متعدد فراهم مي آورد. همچنين در حوزة نگهداري و حمل آن، استانداردهاي بسياري براي تمام تجهيزات مرتبط تدوين شده است.

اقتصاد هيدروژن

براي هيدروژن به عنوان يك سوخت، سيستم توزيعي مناسبي وجود ندارد. با اين كه معمولاً انتقال از طريق خط لوله با صرفه‌ترين راه انتقال سوخت‌هاي گازي است، اما در حال حاضر سيستم خط لوله مناسبي موجود نيست. انتقال هيدروژن به طور خاص از طريق مخزن و تانكرهاي گاز صورت مي‌گيرد. استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت به يك زير ساختار براي حمل ونقل و نگهداري و با توجه به مسائل ايمني و اقتصادي نياز دارد.
ديدگاه ايجاد يك زير ساختار كه هيدروژن را به عنوان منبع انرژي مورد استفاده قرار مي‌دهد، مفهوم اقتصادي بودن اين طرح را پديد آورده كه بهترين راه جهت ايجاد تقاضاي بيشتر براي توليد و مصرف اين انرژي است، زيرا منابع توليد هيدروژن بسيار ارزان و دردسترس هستند. هيدروژن قابليت بالايي براي توليد انرژي دارد و ميزان آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در محيط زيست بسيار کم است. اين سوخت به عنوان منبعي تجديدپذير، پاک و فراوان تر از سوخت فسيلي مي تواند کاربرد زيادي براي نيروگاه ها و بخش حمل و نقل داشته باشد

[Sara12]

سوخت هاي زيستي

با افزايش قيمت جهانى نفت، در عمل تقاضا براى بازه گسترده اى از انرژى هاى تجديدپذير، از توربين هاى بادى تا ماشين هاى الکل سوز، افزايش يافته است
. اگرچه روي آوردن به سوخت هاى جديد تنها هنگامي نمايان مى شود كه قيمت نفت در بازارهاى جهانى به يكباره اوج مى گيرد، اما جنبش انرژى هاى تجديدپذير به تدريج در حال وارد شدن به مرحله جديدى از پويايى است.

رشد امروزه توليد و مصرف انرژى هاى جانشين نه تنها واكنشى سريع و احساسى به تغيير كوتاه مدت قيمت هاى جهانى سوخت هاى فسيلى است، بلكه افراد با نگاهى سطحي به ميزان ذخاير موجود انرژى و تعدد مسائل زيست محيطى درمي يابند که چاره اى جز روآوردن به اقتصادهاى مبتنى بر انرژى هاى جانشين در شهرها و روستاهاى خود ندارند.
سوخت هاي زيستي نوعي از سوخت ها هستند كه از منابع زيست توده (بيوماس) به دست مي آيند. اين سوخت ها شامل اتانول مايع، متانول، بيوديزل و سوخت هاي ديزل گازي همچون هيدروژن و متان است. تحقيقات روي سوخت هاي زيستي با سه هدف عمده انجام مي شود که عبارتند از:

توليد سوخت هاي زيستي؛ پيدا كردن راه هاي بهره گيري و استفاده از آن و تعيين پراكندگي ساخت هاي آن. از منابع اوليه توليد اين سوخت ها مي توان به ضايعات چوبي، تفاله هاي محصولات کشاورزي، نيشكر، غلات، روغن گياهان و سبزيجات اشاره کرد. امروزه بيشتر کشور ها در بخش انرژي، نياز و تقاضاي خود را به سوي استفاده از اين گونه سوخت ها سوق مي دهند، زيرا معضل هايي مانند آلودگي زياد محيط زيست سوخت هاي فسيلي كه به نوبه خود سبب برهم خوردن شرايط اكولوژيك ميشوند و خطرهاي زيست محيطي را نيز به دنبال دارند، همچنين محدود بودن ذخاير سوخت فسيلي، سبب شده است تا به اين نوع انرژي ها بيش از پيش توجه شود. اتانول يا الکل اتيليکل، مايعي روشن ، بي رنگ و با بوي قابل تحمل است. درحال حاضر از اين ماده به صورت خالص و يا مخلوط آن با بنزين به عنوان سوخت، استفاده مي شود. اين ماده با عدد اکتان 113 سوختي مرغوب است و به عنوان ترکيبي اکسيژن دار با اضافه شدن به بنزين مي تواند عدد اکتان را افزايش و انتشار آلاينده هايي نظيرco را کاهش دهد.
اتانول مي تواند در موتورهاي جديد بنزين سوز ، بدون هيچ تغييري در سيستم موتور از 3 تا 24 در صد در اختلاط با بنزين مصرف شود ، اما استفاده از اين ماده با درصدهاي بالاتر نيازمند استفاده از موتورهاي اختصاصي ويا دو منظوره است. در اين مقاله فرآيند هاي شيميايي و بيولوژيک که به توليد اتانول مايع از ضايعات چوبي و تفاله هاي محصولات کشاورزي منجر مي شود، بررسي شده است.

در فرآيند هاي بيولوژيک از تخمير کربوهيدرات هاي مونومريک، اتانول مايع حاصل مي شود. کربوهيدرات ها را مي توان از منابع گوناگون به دست آورد. براي نمونه در برزيل کربوهيدرات ها را از نيشکر به دست مي آورند که به عنوان ماده اوليه در بيشتر صنايع بزرگ اين کشور استفاده مي شود و يا در آمريکاي شمالي کربوهيدرات ها را از هيدروليز آنزيماتيک نشاسته که در غلاتي مانند ذرت و گندم وجود دارد، به دست مي آورند. براي توليد اتانول از کربوهيدرات ها به عنوان سوخت، بايد از منابع اوليه ارزان قيمت و تا حد ممکن بي مصرف استفاده کرد تا بتوان به سوختي ارزان و مقرون به صرفه دست يافت؛ از اين رو براي توليد اتانول مايع به طور معمول از ضايعات چوبي (چوب هاي سخت و چوب هاي نرم) و تفاله هاي محصولات کشاورزي و زراعتي(مواد ليگنو سلولزي) استفاده مي شود. اين مواد منبعي غني از کربوهيدرات هاي مونومريک هستند که براي توليد اتانول مايع استفاده مي شوند.
مواد ليگنوسلولزي از ترکيبات سلولزي و همي سلولزي که به صورت زنجيره هاي بسيار بلند کربوهيدراتي هستند، تشکيل شده اند. همچنين اين ترکيبات به وسيله يک ماده چسبنده به نام ليگنين در کنار همديگر نگهداري و محافظت مي شوند. براي آماده سازي مواد ليگنوسلولزي براي توليد اتانول مايع، مراحل زير انجام مي شود: 1- جداکردن ماده ليگنين از سلولز و همي سلولز تا اين مواد براي فرآيند هيدروليز آماده شوند. 2- هيدرولز مواد سلولزي و همي سلولزي به وسيله آنزيم تا به صورت کربوهيدرات هاي مونومريک درآيند.گاهي در فرآيند هيدروليز کربوهيدرات هايي مانند پنتوز ايجاد مي شود که به وسيله مخمر استاندارد که در صنعت توليد اتانول استفاده مي شود، قابل تخمير نيست. فناوري توليد اتانول از ليگنو سلولز يک رشته فرآيند هيدروليزي آنزيماتيک و بيولوژيک است. در مرحله اول ضايعات چوبي و تفاله هاي محصولات کشاورزي را به وسيله بخار اسيد رقيق شده در دما و فشار بالا قرار مي دهند تا ماده اوليه، مستعد تاثير آنزيم شود. در مرحله دوم، مواد تحت تاثير آنزيم قرار مي گيرند تا پيوند هاي ميان مولکولي شکسته و کربوهيدرات مونومريک حاصل شود. در مرحله سوم که فرآيند بيولوژيک است، هيدرات کربن تحت تاثير ارگانيسم زنده اي مانند مخمر و يا باکتري قرار مي گيرد تا عمل تخمير صورت گيرد و اتانول توليد شود. در مرحله پايان به وسيله عمل جداسازي تقطير، اتانول خالص جداسازي مي شود.
در گذشته در مرحله تخمير بيولوژيک از مخمر که به صورت طبيعي عمل تخمير و توليد اتانول را انجام مي دهد، استفاده مي شد. امروزه با پيشرفت فناوري و مهندسي ژنتيک و با القاي ژن توليد کننده اتانول و دستکاري هاي ژنتيک در باکتري ها توانسته اند يک باکتري نوترکيب ايجاد کنند که با بازده بالاي 90 درصد، اتانول توليد مي کند. استفاده از اين نوع ارگانيسم هاي نوترکيب سبب شده است، روز به روز راندمان توليد اتانول در اين فرايند بالاتر رود.
تحقيقات ثابت کرده است که مخلوط 10 تا 15 درصد اتانول با سوخت بدون سرب مى تواند در خودروها و شبکه حمل و نقل استفاده شود. نتيجه اين كار، كاهش خروج دود از اگزوز اتومبيل ها به ويژه کاهش گاز سمي منواکسيد کربن است. همچنين اين نوع سوخت آسيب بسيار كمترى به محيط زيست و لايه ازون وارد مي سازد. مصرف گسترده و کلان انرژي حاصل از سوخت هاي فسيلي اگرچه رشد سريع اقتصادي جوامع پيشرفته صنعتي را به همراه داشته است، اما به واسطه انتشار مواد آلاينده حاصل از احتراق و افزايش دي اکسيد کربن در جو و پيامدهاي آن، جهان را با تغييرات فزاينده اي رو به رو کرده است که افزايش دماي زمين، تغييرات آب و هوايي، بالا آمدن سطح آب درياها و تشديد منازعات بين المللي از جمله اين پيامدهاست. از سوي ديگر، پايان زود هنگام منابع فسيلي و پيش بيني افزايش قيمت ها، لزوم جانشيني انرژي هاي تجديد پذير مانند انرژي هاي بيولوژيک و اهميت آن را آشکارتر مي کند

[Sara12]

در باره نحوه تبديل مواد آلي رسوبات به نفت و گاز با مطالعات جديد ژئوشيميائي و جمع آوري اطلاعات تجربي ثابت شده است كه قسمت اعظم هيدروكربنهاي طبيعي در اثر كراكينگ كروژن ناشي از حرارت زمين (ژئوترمال) توليد مي گردد. همانطور كه بيان گرديد براي بوجود آمدن نفت و گاز وجود مواد آلي فراوان و تشكيل كروژن در هنگام دياژنز رسوبات ضروري مي باشد. پس سنگ مادر (Source Rock) سنگي است كه داراي مقدار كافي كروژن باشد. شرايط مساعد رسوبي براي تجمع و ذخيره شدن مواد آلي شامل گياهان و جانوران دريائي و همچنين مواد آلي خشكي كه توسط رودخانه ها به حوزه رسوبي حمل مي گردد، رسوبات رسي و يا گل كربناته (ريزدانه بودن و محيط آرام رسوب گذاري) مي باشد. علاوه بر اين محيط كف دريا بايستي محيط احياء كننده باشد تا از اكسيدشدن مواد آلي جلوگيري بعمل آيد.

طبيعي است هرچه ميزان كروژن در سنگ مادر بيشتر باشد توانائي بيشتري براي توليد هيدروكربن وجود دارد لكن علاوه بر درصد مواد آلي، سنگ مادر بايستي ضخامت كافي نيز داشته باشد

. براساس مطالعات ژئوشيميائي انجام شده براي اينكه سنگ مادري بتواند هيدروكربن توليد نمايد بايد داراي حداقل تراكمي از كربن آلي باشد كه از آن كمتر قادر به توليد هيدروكربن نخواهد بود. اين حداقل عمدتا" 5/0 درصد كربن آلي برآورد مي شود.

سنگ مادرهائي كه در حوزه هاي رسوبي ايران ديده مي شود نظير سازند كژدمي در ناحيه زاگرس حدود

10-5 درصد كربن آلي دارد كه بيشتر از جلبكها منشاء گرفته است.

هيدروكربنها در اثر كراكينگ كروژن بوجود مي آيند

. كراكينگ كروژن عمدتا" در درجه حرارتهاي 100-80 درجه سانتيگراد شروع مي شود. اين درجه حرارت در يك ناحيه رسوبي با درجه حرارت ژئوترمال طبيعي معادل عمقي بين 3000-2000 متر مي باشد. بنابراين يك سنگ مادر هرچه قدر هم ضخيم و غني از مواد آلي باشد تا در اعماق فوق قرار نگيرد نمي تواند هيدروكربن توليد نمايد. بر همين اساس ابتدا نفت خام سنگين توليد مي گردد. چگالي و وزن مخصوص نفت خام با ازدياد عمق كاهش مي يابد. هرچه قدر سنگ مادر عميقتر مدفون گردد نفت توليد شده سبكتر است و گاز معمولا" محصول آخرين اين فعل و انفعالات است.

بنابراين ابتداي نفت هاي بسيار سنگين، نفتهاي پارافينيك، نفتهاي سبك، نفتهاي ميعاني و نهايتا

" گاز بدست مي آيد. وقتي درجه حرارت از 165 درجه سانتيگراد ***** كند فقط گاز توليد خواهد شد يعني تقريبا" از عمق 5000 متر بيشتر (ضخامت رسوبي) احتمال يافتن نفت بسيار كم مي شود و فقط مي توان انتظار يافتن گاز را داشت. در درجه حرارتهاي بالاتر از 230 درجه سانتيگراد كروژن يك بافت گرافيتي ثابت پيدا مي كند كه با ازدياد درجه حرارت هيدروكربني تشكيل نمي شود (نسبت هيدروژن به كربن تغيير نمي يابد). به طور كلي ازدياد عمق باعث ازدياد درجه حرارت مي گردد كه اين ازدياد درجه حرارت دو اثر دارد:

الف

- كراكينگ كروژن و تبديل مولكولهاي بزرگ به مولكولهاي كوچكتر مانند تشكيل نفت و گاز
ب- پليمريزاسيون مولكولها كه به تشكيل متان و گرافيت ختم مي گردد (كروژنهاي گرافيتي)

گازطبيعي موجود در مخازن عمدتا

" از متان، اتان، پروپان، بوتان و تعداد بسيار ناچيزي از هيدروكربنهاي سنگينتر تشكيل مي گردد. نفت مايع از بوتان به بالا است.

نكته مهم ديگري كه در مورد تشكيل هيدروكربنها وجود دارد زمان زمين شناسي مي باشد

. به عبارت ديگر رسوبات قديمي تر (از نظر زمين شناسي) در درجه حرارتهاي پائين تر، همان محصولي را مي دهد كه سنگ مادري با سن زمين شناسي كمتر در درجه حرارتهاي بالاتر هيدروكربن توليد خواهد نمود

آيا مي دانستيد؟

- تقريباً3000 فرآورده‌ي نفتي وجود دارد. علاوه بر توليد فرآورده‌هايي نظير گازوئيل، سوخت ديزل، نفت سفيد و نفت خام براي توليد محصولاتي نظير: جوهر، مداد شمعي، آدامس بادكنكي، مايع‌هاي ظرفشوئي، خوشبو كننده‌ها، لنزهاي چشمي، نوارهاي كاست، لاستيك اتومبيل، آمونياك و دريچه‌هاي مصنوعي قلب نيز به كار مي‌رود.

اولين موتور با سوخت گاز طبيعي در سال

1860 ساخته شد.

- خانه‌هاي ايران بيشتر با گازهاي طبيعي گرم مي‌شوند تا سوخت‌هاي ديگر.

- وقتي گاز طبيعي مي‌سوزد دي‌اكسيدكربن و بخار آب توليد مي‌كند. اين دو ماده همان موادي هستند كه از تنفس انسان نيز بر جاي مي‌مانند.

- گاز طبيعي در حالت عادي بدون بو است. به گاز طبيعي قبل از توزيع يك ماده از تركيبات سولفور به نام تجاري مركاپتان اضافه مي‌شود تا هنگام نشت احتمالي گاز به ما كمك كند.

- تعداد بنزين مصرفي اتومبيل‌هاي امريكا در سال مي‌تواند يك زمين فوتبال را تا ارتفاع ... پركند.

- بزرگترين ايالت ذغال‌سنگ در آمريكا وايومينگ است كه درسال 1996، 278 ميليون تن ذغال‌سنگ توليد كرد.

- صنعت استخراج زغال سنگ هم اكنون از لحاظ صدمات و يا بيماريهاي وارده به كارگران از ايمن‌ترين صنايع است.

- اعضاي اتحاديه‌هاي كارگري فقط بر روي چهل درصد صنايع استخراج ذغال‌سنگ فشار وارد مي‌كنند.

- 2/3 توليد ذغال‌سنگ امريكا توسط راه‌آهن حمل مي‌شود.

- از هر ده تن ذغال‌سنگ مصرفي در امريكا 9 تن آن در توليد برق مصرف مي‌شود.

- وقتي كه ذغال سنگ در يك نيروگاه برق بخار مي‌سوزد، بخار يك توربين را به حركت درمي‌آورد. اين توربين يك مولد برق را به حركت درمي‌آورد. در طي اين فرآيند 2/3انرژي توليد شده توسط ذغال‌سنگ طي 20 سال گذشته 1ميليون هكتار اراضي معدني را استخراج كرده اين مساحت از ايالت دلاور نيز كمتر است

[Sara12]

توانایی های ناشناخته هیدرات های گاز طبیعی

كشف مقدار زيادي هيدرات گاز در دامنه شمالي آلاسكا و پايين خليج جنوب شرقي ايالات متحده امريكا،اين ايده را قوت مي بخشد كه هيدراتهاي گاز،منبع بسيار مهم انرژي در آينده محسوب ميشوند

.گرچه،ابتدا مسائل بسيار مهم تكنيكي و فني بايد حل شود تا بتوان هيدرات هاي گاز را به عنوان يك منبع انرژي مهم در جهان،معرفي كرد.هيدرات هاي گاز به طور طبيعي به شكل مواد كريستالي كه از آب و گاز تشكيل شده،هستند.در هيدرات ها، يك شبكه جامد آب،ملكول هاي گاز را در يك ساختار قفس مانند در خود جاي مي دهند.هيدرات هاي گاز بيشتر در نواحي يخ زده و قطبي و زير دريا در لايه هاي رسوبي وجود دارند. در حالي كه،متان،پروپان و ديگر گازها مي توانند در ساختار قفس مانند محبوس شوند،اما احتمال تشكيل هيدرات متان بسيار بيشتر است.ميزان متان محبوس شده در هيدرات هاي گاز بسيار زياد است و تخمين ميزان آن بيشتر حدسي و فرضي است و محدوده آن از 000/100 تا 000/000/270 تريليون فوت مكعب است.به نظر مي رسد كه ميزان گاز در ذخاير هيدرات جهان بسيار بيشتر از حجم منابع ديگر انرژي است.گرچه تا به حال در مورد دسترسي و توليد اين هيدرات هاي گاز تحقيق و پژوهش بسياري صورت نگرفته است.هدف اوليه پژوهش هاي مربوط به هيدرات هاي گاز، بررسي پارامترهاي زمين شناختي است كه ايجاد هيدرات هاي گاز را در كنترل دارد.هدف ديگر، ارزيابي حجم گاز طبيعي ذخيره شده، درون انباشته هاي جهاني هيدراتهاي گاز است.اين مقاله نتايج آخرين ارزيابي ها در مورد منابع هيدرات گاز طبيعي را مطرح مي كند و سعي دارد توانايي توليد ذخاير هيدرات هاي گاز را ارزيابي كند و فناوري لازم براي توليد اقتصادي و به صرفه هيدرات هاي گاز در 20 تا 50 سال آينده را مورد بررسي قراردهد.در پايان،مروري بر برنامه هاي توليد گاز از منابع هيدرات در ژاپن و هندوستان خواهيم داشت.

مروري بر هيدرات هاي گاز

تحت شرايط مناسب دمايي و فشاري،هيدرات هاي گاز معمولاً يك ساختار كريستالي اوليه تحت عنوان ساختار 1 و ساختار 2 را تشكيل مي دهند.هر واحد سلولي ساختار 1 هيدرات گاز شامل 46 ملكول آب است كه دو فضاي تهي كوچك و 6 فضاي بزرگ تشكيل مي شود.ساختارهاي 1 هيدرات هاي گاز فقط مي توانند ملكول هاي كوچك گاز مثل متان و اتان،با قطر ملكولي كمتر از 2/5 آنگستروم را در خود جاي دهند.واحد سلولي ساختار 2 هيدرات هاي گاز شامل 16 dodecahedral (دودي كاهدرال) كوچك و 8 فضاي خالي بزرگ هگزاكايي دوكاهدرال است كه توسط 136 مولكول آب شكل مي گيرد.ساختار 2 هيدرات هاي گاز ممكن است داراي گازهايي با ابعاد ملكولي در محدوده 9/5 تا 9/6 آنگستروم مثل پروپان و ايزوبوتان باشد.در شرايط دما و فشار استاندارد (STP)،يك حجم از هيدرات اشباع شده متان (ساختار 1) داراي بيش از 164 حجم از گاز متان است. به علت اين ظرفيت عظيم ذخيره سازي گاز،اين هيدرات ها، منابع مهمي از گاز طبيعي محسوب مي شوند. در سطح ماكروسكوپي،بسياري از خواص مكانيكي هيدرات گاز مثل يخ است. چون هيدراتها داراي حداقل 85 درصد آب بر يك پايه ملكولي هستند.از همه جالب تر،خواص مرحله ي تعادل هيدرات هاي گاز است كه بيشتر توسط تناسب ملكول هاي ميهمان گاز، درون قفس هاي هيدرات آب كنترل مي شود. براي مثال اضافه كردن پروپان به يك هيدرات خالص متان،ساختار هيدرات را(از ساختار 1 به ساختار 2 ) تغيير مي هد.

هيدرات هاي گاز نواحي يخ زده و قطبي

به نظر مي رسد كه هيدرات هاي گاز ،در حوزه غرب سيبري وجود دارند و تصور مي شود كه در ديگر نواحي قطبي شمال روسيه،مثل ايالت تيمان-پچورا،كراتن شرق سيبري و شمال شرقي سيبري و نواحي كامچاتكا نيز وجود داشته باشند.هيدرات هاي گازدر نواحي قطبي شمال آلاسكا و ايالت هاي شمالي آمريكا نيز وجود دارند. از شواهد غير مستقيمي كه نتيجه حفاري چاه در اين نواحي بود به وجود هيدرات هاي گاز در دامنه شمالي آلاسكا پي برده شد و احتمال حضور لايه هاي متعدد هيدرات هاي گاز در ناحيه خليج پرودهو (Prudhoo) و حوزه هاي نفتي رودخانه كوپاروك را تأ ئيد مي كند.در يك پنجم از چاه هاي حفاري شده در ناحيه ي دلتاي مكنذي وجود هيدرات هاي گاز تأييد شده است و بررسي چاه هاي جزاير قطبي نشان مي دهد كه در نواحي قطبي، هيداراتهاي گاز در اعماق 130 تا 2000 متر وجود دارند.

هيدراتهاي گاز دريايي

وجود هيدراتهاي گاز در نواحي دريايي، عمدتاً نتيجه بازتاب غيرعادي لرزهاي است كه از محدوده منطقه ويژه مرزي هيدراتهاي گاز ميآيد.اين بازتابها عمدتاً به نام بازتاب تحريكي انتهايي ياBSR خوانده ميشوند.BSR ها در اعماق 100 تا 1100 متري از سطح دريا، نقشهبرداري شدهاند.هيدراتهاي گاز در لايههاي رسوبي خليج مكزيك،بخش دريايي حوزه رودخانه Eel در كاليفرنيا،درياي سياه،درياي خزر و درياي Okhotsk پيدا شدهاند.همچنين،هيدراتهاي گاز در اعماق بيشتر زير سطحي در خليج جنوب شرقي امريكا، Black Kidge در خليج مكزيك،حوزه كاسكاديا نزديك اوريگان،كانال امريكاي مركزي،درياي پروودرنواحي شرقي و غربي ژاپن نيز كشف شدهاند.

ارزيابي منابع هيدرات گاز

از آنجا كه هيدراتهاي گاز در نواحي قطبي و در لايههاي رسوبي دريايي وجود دارند،ميتوانند يك منبع انرژي بالقوه محسوب شوند.پيشبينيهاي جهاني براي ميزان گاز طبيعي موجود در لايههاي هيدرات گاز از 1020/5 تا 1062/1 تريليون فوت مكعب براي نواحي قطبي و از 1051/1 تا 1087/2 تريليون فوت مكعب براي لايههاي رسوبي اقيانوسي است.پيشبينيهاي انتشار يافته در مورد منابع هيدراتهاي گاز نشاندهنده نوسانات قابل ملاحظهاي است. آخرين پيشبينيها از ميزان متان در انباشتههاي جهاني هيدراتهاي گاز حدود 1057 تريليون فوت مكعب است اما به نظر ميرسد كه لايههاي رسوبي اقيانوسي داراي منابع بيشتر و بزرگتري از گاز طبيعي هستند تا لايههاي رسوبي قارهاي.هدف اصلي كار ارزشيابي و تخمين در مؤسسه پژوهشي زمين شناختي امريكا،تخمين زدن منابع هيدرات گاز در امريكا هم در نواحي ساحلي و هم در نواحي دريايي است.ارزيابي هيدراتهاي گاز براساس يك برنامه تجزيه و تحليلي، ايالت به ايالت انجام ميشود.ما تمامي هيدراتهاي گاز را بدون توجه به مسائل فني آنها،تعريف،توصيف و ارزيابي ميكنيم.بنابراين،اين ارزيابي،تنها با حجم منابع هيدراتهاي گاز موجود مربوط است،يعني ميزان گازي كه درون هيدراتهاي گاز بدون در نظر گرفتن بازيافت آن وجود دارد.در يك روش تجزيه و تحليلي،انباشتههاي بالقوه هيدروكربن، براساس خصوصيات زمين شناختيشان گروهبندي ميشوند سپس شرايط زمينشناختي بروز هيدروكربنها الگوبرداري ميشود. در اين روش ارزشيابي،زمين شناسان، در مورد عوامل زمين شناختي لازم براي تشكيل انباشتههاي هيدروكربن و عوامل زمين شناختي تعيين كننده اندازه آنها،بحث ميكنند.در يك ارزيابي،11 حوزه هيدرات گاز،در 4 ايالت نفتي دريايي و ساحلي كشف و براي هر حوزه ميزان هيدراتهاي گاز تخمينزده شد.پيشبينيهاي انجام شده براي هر كدام از اين 11 حوزه جمعآوري شدند تا كل منابع هيدرات گاز در ايالات متحده آمريكا تخمين زده شود.منابع موجود گاز درون هيدراتها در ايالات متحده امريكا بين 765/112 تا 110/676 تريليون فوت مكعب گاز البته با سطح احتمال 05/0 تا 95/0 است. گرچه اين آمار،همراه با درصد بالايي از شك و ترديد است،اما نشان دهنده ميزان بسيار زيادي گاز ذخيره شد در هيدراتهاي گاز هستند.ارزش كلي هيدراتهاي گاز محاسبه شد ه در امريكا حدود 222 تا 320 تريليون فوت مكعب گاز است.لازم به ذكر است كه حفاريهاي پژوهشي دريايي كه اخيراً درون منطقه ويژه اقتصادي امريكا در امتداد ناحيه شرقي اين كشور انجام شده است،وجود مقادير قابل توجهي از متان ذخيره شده را به عنوان هيدرات گاز جامد و گاز آزاد حبس شده زير هيدراتهاي گاز،تأييد ميكند.

توليد گاز از هيدراتهاي گاز

روشهاي پيشنهاد شده بازيافت گاز از هيدراتها معمولاً شامل تفكيك كردن يا ذوب كردن هيدراتهاي گاز به روشهاي زير است:1)گرم كردن مخزن براي دماي تشكيل هيدرات 2)كاهش فشار مخزن زير موازنه هيدارت 3)تزريق يك مهاركننده مثل متانول يا گليكول درون مخزن براي كاهش شرايط تثبيت هيدرات.البته در حال حاضر، بازيافت گاز از هيدراتها به تعويق انداخته ميشود چون هيدراتها معمولاً در نواحي خشن قطبي و نواحي عميق دريايي گسترده شدهاند.اخيراً از يك سري مدلهاي تحريك گرمايي ساده هم براي ارزيابي توليد هيدرات گاز از آب گرم و جريانهاي بخاري استفاده شده است كه نشان ميدهد،گاز را ميتوان از هيدراتها به ميزان كافي توليد كرد به صورتي كه هيدراتهاي گاز به يك منبع قابل بازيافت تكنيكي تبديل شوند،گرچه هزينه زياد اين تكنيكهاي بازيافت پيشرفته گاز،جلوي بازيافت را ميگيرد. استفاده از مهاركنندههاي هيدرات گاز براي توليد گاز از هيدراتها از لحاظ فيزيكي امكان پذير است،گرچه،استفاده از حجمهاي زياد مواد شيميايي مثل متانول هزينه اقتصادي و زيست محيطي بالايي دارد.از ميان تكنيكهاي مختلف توليد گاز طبيعي از هيدراتها،اقتصاديترين و به صرفهترين روش،طرح فشار زدايي است.حوزه گازي Messoyakha در بخش شمالي حوزه غرب سيبري اغلب به عنوان يك مثال از توليد گاز از انباشتههاي هيدروكربن مورد استفاده قرار ميگيرد. از تمامي اطلاعات زمين شناختي براي تأييد حضور هيدراتهاي گاز در قسمت بالايي اين حوزه استفاده شده است.پيشينه توليد گاز از هيدراتهاي اين حوزه نشان ميدهد كه هيدراتهاي گاز يك منبع توليدي فوري از گاز طبيعي هستند و توليد را ميتوان با روشهاي هميشگي شروع و حفظ كرد. توليد طولاني مدت از بخش هيدراتگاز حوزه Messoyakha با برنامه ساده فشارزدايي قابل دسترسي است.توليد از بخش پاييني گاز آزاد اين حوزه در سال 1969 آغاز شد.گرچه در سال 1971،فشار مخزن از ميزان مورد انتظار انحراف پيدا كرد.اين انحراف به آزادسازي گاز آزاد از هيدراتهاي تفكيك يافته گاز نسبت داده ميشود.از اين حوزه تا به حال حدود 36 درصد (حدود 183 ميليارد فوت مكعب) گاز برداشت شده است.گرچه برخي محققان معتقدند كه گاز توليد شده از هيدراتها نبوده است.

فعاليتهاي پژوهشي بينالمللي

در دو سال گذشته،مؤسسات دولتي در ژاپن،هند و كره جنوبي شروع به توسعه برنامههاي پژوهش براي بازيافت گاز از هيدراتهاي اقيانوسي كردهاند.يكي از مهمترين پروژههاي هيدرات گاز كه در ژاپن در حال انجام است،يك پروژه 5 ساله براي ارزيابي منابع داخلي هيدراتهاي بالقوه گاز طبيعي است.در مقالاتي كه منتشر شده است: مؤسسه مجري طرح، اعلام كرده است كه هيدراتهاي متان ميتواند نسل آينده منبع انرژي قابل توليد داخلي باشد.در سال 1996 اين برنامه تحقيقاتي زمين شناختي و لرزهشناسي بر روي نواحي قارهاي شمالي و جنوبشرقي ژاپن انجام شده است.براساس تحقيقات صورت گرفته،كاشف به عمل آمده است كه حدود 1800 تريليون فوت مكعب گاز درون هيدراتهاي گاز ناحيه نانكاي ذخيره شده است.هندوستان نيز مانند ژاپن به علت پرداخت هزينهاي بالا براي واردات LNG ،مطالعات پژوهشي چندي را مبني بر حضور و امكان بازيافت گاز از هيدراتهاي گاز در اين كشور آغاز كرده است.پژوهشها نشان ميدهند كه بين هند و ميانمار،در درياي آندامان منبع عظيمي از هيدراتهاي گاز وجود دارد كه حدس زده ميشود،داراي 211 تريليون فوت مكعب گازباشد.دولت هندوستان اعلام كرده است كه اين مسئله براي تأمين نيازهاي فزاينده انرژي اين كشور از اهميت بسياري برخوردار است.با اينكه اطلاعات ما در مورد هيدراتهاي نهفته گاز بسيار اندك است،اما ميتوان انتظار داشت با توسعه فناوريهاي جديد بتوان به هيدراتها به عنوان نسل آينده منبع انرژي نگاه كرد.

[Sara12]

دكل استاندارد يا دكل خودفراز
يكي از چيزهاي مهمي كه در آغاز كار مورد بررسي قرار مي‌گيرد نوع دكل مورد استفاده مي‌باشد. يك دكل استاندارد و يا دكل خودفراز سازه‌اي فولادي است كه وزن لوله‌هايي را كه اغلب بيشتر از تن است تحمل مي‌كند.
يك دكل استاندارد، سازه‌ايي است با چهار پايه كه روي يك پي چهارگوش قرار دارد و هر دفعه كه چاهي حفاري مي‌گردد آن را قطعه قطعه سر هم مي‌كنند. برعكس دكل خودفراز فقط يك بار و آن هم موقع ساخت سرهم بندي مي‌شود و به صورت يك واحد باقي مي‌ماند، و هر دفعه چاهي حفاري مي‌گردد مي‌توان آنرا بصورت يكپارچه بر پا كرد يا پايين آورد موقعيكه يك دكل خودفراز بر پا و پايين آورده مي‌شود شباهت به تيغة يك چاقوي بزرگ جيبي دارد كه باز و بسته مي‌شود. نتيجتاً دكل‌هاي خودفراز را بعضي مواقع دكل چاقويي مي‌نامند. دكلهاي استاندارد بجز تعداد كمي كه در دستگاهاي حفاري دريايي يافت مي‌شود امروزه نسبتاً كم هستند و جاي خود را به دكلهاي خودفراز داده‌اند.
هر دكل خودفراز يا دكل استاندارد بر روي زيرسازه‌اي بر پا مي‌شود كه دو كار عمده را انجام مي‌دهد. (1) نگهداري سكوي دستگاه حفاري و تامين فضا براي تجهيزات و كارگران. (2) تامين فضا براي فورانگيرهاي زير سكوي دستگاه حفاري.
زير سازه نه تنها ميز دوار را ، بلكه همچنين وزن تمام ساق مته را موقعيكه بوسيلة لوله گير در چاه آويزان است نگه مي دارد، همچنين وزن رشته لوله‌هاي جداري را موقع راندن آن در چاه به كمك لوله‌گير كه روي ميز دوار قرار دارد، و يا وقتيكه موقتاً روي زير سازه قرار مي‌گيرند تحمل مي‌كند. سكوي دستگاه حفاري همچنين محل قرار گرفتن گردونه، تابلو كنترل حفار و ساير تجهيزات وابسته مي‌باشد.
دكل‌هاي استاندارد و دكل‌هاي خودفراز بر حسب مقدار وزني كه در حالت قائم مي‌توانند تحمل كنند و مقدار مقاومت در مقابل سرعت بادهاي جانبي درجه بندي مي‌شوند. ظرفيت بار يك دكل استاندارد 2500000 تا 105000000 پوند تغيير مي‌كند. هر نوع دكل خودفراز يا استاندارد در حاليكه لوله‌هاي آن چيده شده، بادهايي با سرعت 100 تا 130 مايل در ساعت را تحمل مي كند بدون اينكه احتياج به مهار دكل با سيم باشد.
مورد ديگر در طراحي دكل ارتفاع آن مي‌باشد. دكل استاندارد يا دكل خود فراز زير سازه آن وزن هر سايز مته را در تمام مدت، چه ساق از جعبه قرقره تاج آويزان باشد يا درون ميزدوار قرار گرفته باشد، تحمل مي‌كند. ارتفاع دكل استاندارد يا خودفراز در ظرفيت بار آن تأثيري ندارد، ولي طول آن قسمت از ساق مته كه بايد از چاه خارج گردد با ارتفاع دكل محدود ميگردد. بدين علت است كه جعبه قرقره تاج به اندازه كافي از سكوي دكل بالاتر باشد تا بتوان براي تعويض مته و يا بنا بدلايل ديگر لوله‌ها را از چاه بيرون كشيده و موقتاً در دكل چيده و انبار كرد.
لوله‌هاي حفاري را بيرون كشيده و بصورت استند در دكل مي‌چينند. يك استند معمولا شامل سه شاخه لوله مي باشد كه طول هر كدام در حدود 30 فوت مي باشد گاهي استند شامل سه لوله را استند سه تايي مي نامند استندها را كه طول انها در حدود 90 فوت ميباشد مي‌توان در دكلي كه ارتفاع آن 136فوت است جا داد.
مشخصات دكل حفاري يكي از دستگاه‌هاي حفاري خشكي (ON SHORE) :
ارتفاع از تاج تا سكو : 168ft = 51.2m
ارتفاع از زمين تا سكو : 11m
ظرفيت 1500000 Pound
حداكثر توان حفاري از 1600 تا 25000 ft يعني تا عمق 7800 متري توان حفاري دارد.

[Sara12]

مراحل احداث يك مجتمع نفتي مثل پتروشيمي به چه صورت است؟
در جهت احداث يك مجتمع پتروشيمي خاص پس از اينكه دولت يا وزارت نفت تصميم گرفت نفت يا گاز را به محصولات با ارزشتر پالايشي يا پتروشيمي خاصي مثلاً اتيلن يا الفين و غيرو تبديل كند و صرفه اقتصادي و بتقاضاي بازار بين المللي آن محصول مشخص شد. مكان مناسب احداث مجتمع با توجه به پارامترهاي متعددي تعيين شده و شركتي به عنوان كارفرماي آن طرح ايجاد مي شود.
به طور كلي طراحي واحدهاي نفتي شامل دو بخش است:
1-طراحي پايه واحد (Basic design)
2- طراحي تفصيلي يا مهندسي واحد
و اما طراحي پايه چيست؟
هر محصول نفتي يا پتروشيمي داراي روشهاي مختلف شيميايي براي توليد است كه دانش فني يا ليسانس اين روشها ممكن است در اختيار تعدادي از شركتهاي بزرگ بين المللي باشد كه با تحقيقاتي كه در اين زمينه داشته اند به آن دانش فني دست پيدا كرده اند و اين روشها را به نام خودشان به ثبت رسانده اند.
حال اگر ما بخواهيم يك واحد صنعتي براي ماده خاصي كه مشتق از نفت يا گاز با كيفيت خاصي است تاسيس كنيم بايد دانش فني تهيه آن ماده را بخريم (البته بعد از مشورت با شركتهاي داراي دانش فني كه مثلاً ببينيم آيا آن نفت يا گاز ما قابل تبديل به چه موادي است و با چه شرايطي و با توجه به ظرفيت توليدي كه ما براي واحد صنعتي مان در نظر داريم و قيمت و مزاياي تكنولوژي ارائه شده وبه روز بودن آن)
در واقع مرحله طراحي پايه خريد دانش فني توليد محصول است كه معمولاً از شركتهاي خارجي انجام مي شود. در ايران هم پژوهشگاه صنعت نفت سعي در دست يافتن به دانش فني توليد مواد مختلف و ثبت اختراع بين المللي آن دارد.
يك راه ديگر هم اين است كه يك واحد صنعتي دست دوم با تكنولوژي قديمي را كه در كشورهاي صنعتي از رده خارج شده با قيمت ارزاني بخريم و كل آن را وارد كنيم كه در اين صورت شايد به طراحي تفصيلي چنداني نيز نيازي نداشته باشيم. (كه اين كار متاسفانه در ايران در مواردي (معمولاً از اروپاي شرقي وارد شده) انجام شده و براي محيط زيست اثرات زيانباري خواهد داشت)
طراحي تفصيلي چيست ؟
مرحله طراحي تفصيلي شامل برآورد تجهيزات مورد نياز براي احداث واحد صنعتي و طراحي قسمتهاي مختلف آن شامل طراحي زير ساختهاي لازم مثل خاكبرداري وخاكريزي و تسطيح و احداث جاده و ساختمان و معماري و... و همچنين طراحي قسمتهاي مكانيكي ؛ برقي ؛ ابزار دقيق و احياناً مخابراتي و ... واحد صنعتي و سفارش ساخت و خريد آن تجهيزات است. كه تمامي جزئيات ساخت واحد صنعتي بايد مد نظر قرار گيرد.
در طراحي تفصيلي سه نوع نقشه استفاده شده و تهيه ميشود:
1- نقشه هاي Process Flow Diagram) - PFD) :
در اين نقشه ها كه ماحصل طراحي پايه است طرح كلي جريان مواد شيميايي و دبي و دما و فشار و ساير مشخصات آنها تعيين ميشود. در اين نقشها درباره تجهيزات لازم براي فرآيندها و جنس آنها و موارد ديگر صحبتي به ميان نمي آيد و اين نقشه كاملاً به مهندسين شيمي مرتبط است.
تقريباً نمونه نقشه PFD


برای دیدن عکس در اندازه بزرگ اینجا کلیک کنید
2- نقشه هاي(P&ID - Process & Instrumentation Diagram) :
در اين نقشه ها كه توسط مهندسين فرآيند تهيه مي شود جزييات بيشتري از ارتباط بين مراحل مشخص شده و تجهيزات مورد نياز نيز ديده مي شوند. همچنين ابزار دقيق مورد نياز براي فرآيند و تجهيزات نيز در اين نقشه ها مشخص مي شود و در يك نماي كلي كليه جزييات فرآيندها مشخص مي شود. در اين نقشه جزييات مورد نياز براي طراحي و سفارش ساخت تجهيزات مكانيك مشخص مي شود مانند ظرفيت ؛ فشار ؛ دبي ورودي و خروجي ؛ دما و ... بطور خلاصه P&ID نقشه راهنما براي انجام طراحي هاي بعدي است. نمونه يك نقشه P&ID

[Sara12]

معرفی انواع گاز

گاز ساختگي (SUBSTITUTE NATURAL)
گاز ساختگي را مي توان مانند گاز سنتز از گازسازي زغال سنگ و يا گازرساني مواد نفتي بدست اورد ارزش گرمايي اين گاز در مقايسه با گاز سنتز بسيار بالاتر است چون مانند گاز طبيعي بخش عمده آن را گاز متان تشكيل مي دهد. گاز ساختگي را مي توان با روش لورگي نيز بدست آورد ( همچنين نگاه كنيد به لورگي - رهرگس فرايند) . نمودار ساده جريان در گازسازي زغال سنگ براي توليد گاز ساختگي در شكل نشان داده شده است.

گاز سنتز (SYNTHESIS GAS)
گاز سنتز گازي است بي بو ، بي رنگ و سمي كه در حضور هوا و دماي 574 درجه سانتيگراد بدون شعله مي سوزد. وزن مخصوص گاز سنتز بستگي به ميزان درصد هيدروژن و كربن منواكسيد دارد از گاز سنتز مي توان به عنوان منبع هيدروژن براي توليد آمونياك ،متانول و هيدروژن دهي در عمليات پالايش و حتي به عنوان سوخت استفاده كرد گاز سنتز از گاز طبيعي ، نفتا، مواد سنگين و زغال سنگ بدست مي آيد . معمولا براي توليد هر يك تن گاز سنتز كه در آن نسبت مولي H2/CO=1 باشد ، به 0/55 تن متان نياز است . در صورتي كه اين نسبت 3 باشد 0/49 تن متان لازم خواهد بود. تهيه گاز سنتز از منابع هيدروكربورها امكان پذير است كه به شرح زير خلاصه مي شود:
1- تهيه گاز سنتز از زغال سنگ در فرايند تهيه گاز سنتز از زغال سنگ و يا گازي كردن زغال سنگ بخار آب و اكسيژن در دماي 870 درجه سانتيگراد و فشار 27 اتمسفر با زغال سنگ تركيب مي شود محصول حاوي 22.9 درصد هيدروژن 46.2 درصد كربن منو اكسيد ،7.8 درصد كربن دي اكسيد ، 22.5 درصد آب و 0.6 درصد كربن متان و نيتروژن است پس از جداسازي گاز كربن دي اكيد ، محصول براي فروش از طريق خطوط لوله عرضه مي شود. در نمودار زير فرايند توليد گاز سنتز از زغال سنگ نشان داده شده است.
2- تهيه گاز سنتز از مواد سنگين نفتي مواد سنگين نفتي با اكسيژن ( نه هوا) در دماي 1370 درجه سانتيگراد و فشار 102 اتمسفر تركيب شده و گاز سنتز توليد مي كند.
3- تهيه گاز سنتز از نفتا نفتا با بخار آب در مجاورت كاتاليست نيكل در دماي 885 درجه سانتيگراد و فشار 25 اتمسفر تركيب وگاز سنتز حاصل مي شود.
4- تهيه گاز سنتز از گاز طبيعي اين روش كه در جهان متداول تر است در در دو مرحله كراكينگ و خالص سازي ، گاز طبيعي به گاز سنتز تبديل مي گردد.در اين روش از كبالت ، موليبديم و اكسيد روي به عنوان كاتاليست استفاده مي شود.
محصول نهايي حاوي 83.8 درصد هيدروژن ، 14.8 درصد كربن منواكسيد 0.1 درصد كربن دي اكسيد و مقداري متان نيتروژن و بخار آب است. فرايند تهيه گاز سنتز از زغال سنگ در شكل نشان داده شده است.

گاز شهري (TOWN GAS)

اصطلاحا به گازي گفته مي شود كه از طريق خط لوله از يك مجتمع توليد گاز به مصرف كنندگان تحويل مي شود . گاز شهري يا از زغال سنگ و يا از نفتا توليد و در مناطقي مصرف مي شود كه يا گاز طبيعي در دسترس نباشد و يا زغال سنگ ارزان به وفور يافت شود تركيب گاز شهري هيدروژن %50، متان%20 تا %30، كربن منواكسيد %7 تا %17، كربن دي اكسيد%3، نيتروژن %8، هيدروكربورها %8

علاوه بر اين ناخالصي هاي ديگري مانند بخار آب ، امونيال ، گوگرد، اسيد سيانيدريك نيز در گاز شهري وجود دارد. به گاز شهري گاز زغال سنگ و يا گاز سنتز نيز مي گويند. در ايران گازي كه از طريق خط لوله به مشتركين در شهرها عرضه مي گردد گاز طبيعي است و تركيب آن مشابه گاز شهري نيست.

گاز شيرين (SWEET GAS)

گازشيرين گازي است كه هيدروژن سولفيد و كربن دي اكسيد آن گرفته شده باشد.

گاز طبيعي (NATURAL GAS)
گاز طبيعي عمدتا از هيدروكربوها همراه با گازهايي مانند كربن دي اكسيد ، نيتروژن و در بعضي از مواقع هيدروژن سولفيد تشكيل شده است بخش عمده هيدروكربورها را گاز متان تشكيل مي دهد و هيدروكربورهاي ديگر به ترتيب عبارتند از اتان ، پروپان ، بوتان، پنتان و هيدروكربورهاي سنگين تر ناخالصي هاي غيرهيدروكربوري نيز مانند آب ، كربن دي اكسيد ، هيدروژن سولفيد و نيتروژن در گاز طبيعي وجود دارد. گاز چنانچه در نفت خام حل شده باشد گاز محلول (SOLUTION GAS ) نام دارد و اگر در تماس مستقيم با نفت از گاز اشباع شده باشد گاز همراه (ASSOCIATED GAS) ناميده مي شود.

گاز غير همراه ( NON-ASSOCIATED GAS)از ذخايري كه فقط قادر به توليد گاز به صورت تجاري باشد استخراج مي شود در بعضي موارد گاز غير همراه حاوي بنزين طبيعي و يا چكيده نفتي ( CONDENSATE) استخراج مي شود كه حجم قابل توجهي از گاز را از هر بشكه هيدروكربور بسيار سبك آزاد مي كند.

گاز طبيعي فشرده ( COMPRESSED NATURAL GAS)

گاز طبيعي عمدتا از متان تشكيل شده است و دراكثر نقاط جهان يافت مي شود. (نگاه كنيد به گاز طبيعي ) گاز طبيعي را مي توان از طريق خط لوله و يا به صورت گاز طبيعي مايع شده (LNG) با نفتكش حمل نمود. از گاز طبيعي فشرده و يا به اختصار سي ان جي مي توان در اتومبيل هاي احتراقي به عنوان سوخت استفاده كرد در حال حاضر حدود يك ميليون وسيله نقليه در جهان با گاز فشرده حركت مي كنند. در ايتاليا در مقياس وسيعي از سي ان جي استفاده مي شود و در زلاندنو و آمريكاي شمالي نيز استفاده از گاز طبيعي فشرده رواج دارد.

تركيبات گاز طبيعي متفاوت است و بستگي به نوع ميدان گازي دارد كه از ان بدست امده است ناخالصي ها شامل هيدروكربورهاي سنگين ، نيتروژن ، دي اكسيد، اكسيژن و هيدروژن سولفيد مي باشد. در اتومبيل گاز طبيعي فشرده بايد در مخزن سنگين و بزرگ و در فشاري برابر 220 اتمسفر ذخيره گردد. البته از لحاظ ميزان ذخيره و ارزش حرارتي سي ان جي كه حدود 8/8 هزار ژول /ليتر است ( در مقايسه بنزين حدود 32 هزار ژول مي باشد مسافتي كه اتومبيل مي پيمايد محدود خواهد بود. علاوه بر اين به علت محدوديت تعداد ايستگاه اي سوخت گيري اتومبيل بايد به نحوي طراحي شود كه علاوه بر سي ان جي بتواند از بنزين هم استفاده نمايد. مزاياي سي ان جي به شرح زير است:
1- موتور در هواي سرد به راحتي روشن مي شود.
2-سي ان جي اكتان بسيار بالايي دارد.
3- تميز مي سوزد و ته نشين كمتري در موتور ايجاد مي كند.
4- هزينه تعميراتي موتور كمتر است.
5- مواد آلاينده ناچيزي از اگزوز خارج مي گردد.
معايت سي ان جي به شرح زير است:
1- چون به صورت گاز وارد موتور مي شود هواي بيشتري در مقايسه با بنزين جايگزين مي كند و در نتيجه كارايي حجمي پايين تري دارد.
2- مسافت كوتاه تري در مقايسه با اتومبيل هاي بنزين طي مي كند مگر انكه موتور بتواند علاوه بر گاز از بنزين هم استفاده نمايد.
3- قدرت موتور اتومبيل هاي گاز سوز رويهمرفته 15 درصد كمتر از اتومبيل هاي بنزين سوز است.
4- ساييدگي نشيمنگاه شير كه بستگي به ميزان رانندگي دارد بيشتر است.
5- خطر بيشتر آتش سوزي در هنگام تصادف در مقايسه با اتومبيل هاي بنزيني ( البته تاكنون در سوابق ايمني خطر بيشتر ثابت نشده است)
در ايران طرح گاز سوز كردن خودروها يا استفاده از گاز طبيعي فشرده يكي از برنامه هاي اساسي شركت ملي گاز ايران است در شهرهاي شيراز ، مشهد و تهران چندين جايگاه تحويل سوخت با تاسيسات و دستگاه هاي جانبي و كارگاه تبديل سيستم خودروها از بنزين سوز به گاز سوز احداث شده و مورد بهرهه برداري قرار گرفته است و عمليات اجرايي براي ساخت تعداد ديگري ايستگاه در دست اجرا قرار دارد.

مايعات گاز طبيعي (NATURAL GAS LIQUIDS)

مايعات گاز طبيعي معمولا همراه با توليد گاز طبيعي حاصل مي شود. مايعات گازي (Gas liquids) نيز مترادف مايعات گاز طبيعي مي باشد. مايعات گاز طبيعي را نبايد با گاز طبيعي مايع و يا ال ان جي اشتباه كرد مواد متشكله در مايعات گاز طبيعي عبارت است از اتان ، گاز مايع ( پروپان و بوتان ) و بنزين طبيعي (natural gasoline) و يا كاندنسيت ( condensate) كه درصد هر كدام بستگي به نوع گاز طبيعي و امكانات بهره برداري دارد.

در سال 1996 كل توليد مايعات گاز طبيعي در جهان بالغ بر روزانه 5.7 ميليون بشكه بوده كه از اين مقدار توليد اوپك در حدود 2.6 ميليون بشكه در روز گزارش شده است.

گاز طبيعي مايع ( Liquefied natural gas LNG)

گاز طبيعي عمدتا از متان تشكيل شده است و چنانچه تا منهاي 161 درجه سانتيگراد در فشار اتمسفر سرد شود به مايع تبديل مي شود و حجم ان به يك ششصدم حجم گاز اوليه كاهش مي يابد در نتيجه حمل آن در كشتي هاي ويژه به مراكز مصرف امكان پذير مي شود براي مايع كردن گاز متان مي توان آن را تا 2/5 درجه سانتيگراد زير صفر خنك نمود و تحت زير صفر خنك نمود و تحت فشار 45 اتمسفر به مايع تبديل كرد اين روش از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه است ولي از طرف ديگر حمل ان تحت فشار زياد احتياج به مخازن بسيار سنگين با جدار ضخيم دارد كه امكان پذير نيست و از نظر ايمني توصيه نمي شود در نتيجه در فرايند توليد گاز طبيعي مايع ، فشار آن رابه اندكي بيش از يك اتمسفر كاهش مي دهند تا حمل آن آسان باشد.

اولين محموله گاز طبيعي مايع يا به اختصار ال ان جي به صورت تجاري در سال 1964 از الجزاير به بريتانيا حمل شد و از ان هنگام تجارت گاكردن امكانات بندري و ذخيره سازي در بنادر بارگيري و تخليه و همچنين ساخت كشتي هاي ويژه حمل ال ان جي احتياج به سرمايه گذاري هنگفتي دارد در حالي كه قيمت فروش گاز طبيعي مايع در حال حاضر در سطح نازلي است لذا فروشنده و خريدار بايد قبلاً نسبت به انعقاد يك قرارداد طولاني 15 الي 20 ساله نحوه قيمت گذاري و ساير شرايط توافق لازم را به عمل آورند.
در توليد گاز مايع چهار مرحله عمده وجود دارد:
1- جداسازي ناخالصي ها كه عمدتا از كربن دي اكسيد و در برخي از موارد تركيبات گوگردي تشكيل شده است.
2- جداسازي آب كه اگر در سيستم وجود داشته باشد به كريستالهاي يخ تبديل شده و موجب انسداد لوله ها مي گردد.
3- تمام هيدروكربورهاي سنگين جدا شده و تنها متان و اتان باقي مي ماند.
4- گاز باقي مانده تا 160 درجه سانتگراد سرد شده و به حالت مابع در فشار اتمسفر تبديل مي شود.
گاز طبيعي مايع در مخازن ويژه عايق كاري شده نگهداري و سپس براي حمل به كشور مقصد تحويل كشتي هاي ويژه سرمازا( CRYOGENIC TANKERS) مي گردد. در حين حمل معمولا بخشي از گاز تبخير شده به مصرف سوخت موتور كشتي مي رسد. در بندر مقصد گاز طبيعي مايع تخليه مي گردد تا هنگام نياز به مصرف برسد قبل از مصرف گاز طبيعي مايع مجدداً به گاز تبديل مي شود. در فرايند تبديل مجدد به گاز سرماي زيادي آزاد مي شود كه مي توان از اين سرما مثلا براي انجماد موادغذايي و يا مصارف ديگر تجاري استفاده كرد .

گاز غير همراه (NON-ASSOCIATED GAS)

گاز غير همراه از مياديني كه تنها توليد گاز از انها به صورت اقتصادي امكان دارد استخراج مي شود به گاز استخراج شده از ميادين نفت ميعاني كه درصد گاز حاصله از هر بشكه هيدروكربورهاي مايع سبكه خيلي زياد است نيز گاز غير همراه مي گويند.

كلاهك (CAG CAP)

حجمي از لايه مخزن در اعماق زمين را كلاهك گاز و يا گنبد گاز (GAS DOME) ناميده اند كه در آن گاز در بالاي نفت جمع شود. معمولا مرتفع ترين ، يا يكي از مرتفع ترين مناطق لايه مخزن محسوب مي گردد.

گاز كلاهك گاز (GAS CAP GAS)

گاز كلاهك به گازي گفته مي شود كه در كلاهك گاز محبوس شده باشد.

گاز مايع (LPG)

مايع و يا به اختصار ال پي جي از پروپان و بوتان تشكيل شده است گازي كه در سيلندر نگهداري مي شود و در منازل مورد استفاده قرار مي گيرد همان گاز مايع و يا مخلوط پروپان و بوتان است. گاز مايع را مي توان از سه منبع بدست آورد:

1- گاز طبيعي غير همراه
گاز ترو ترش از ميدان گاز طبيعي را پس از خشك كردن و گوگردزدايي مي توان تفكيك كرد و پروپان و بوتان را بدست آورد.
2- گاز طبيعي همراه
پس از تفكيك و پالايش گاز طبيعي همراه با نفت خام نيز مي توان پروپان و بوتان آن را جدا نمود.
3- نفت خام
بخشي از پروپان و بوتان در نفت خام باقي مي ماند كه مي توان آن را با پالايش نفت خام بدست آورد همچنين در فرايند شكستن ملكولي و يا فرايند افزايش اكتان بنزين نيز ، پروپان و بوتان به صورت محصول جانبي حاصل مي شود.
در آميزه گاز مايع درصد پروپان و بوتان بسيار مهم است در تابستانها كه هوا گرم است درصد بوتان را اضافه مي كنند ولي در زمستان با افزايش ميزان پروپان در حقيقت به تبخير بهتر آن كمك مي نمايند معمولا درصد پروپان در گاز مايع بين 10 الي 50 درصد متغير است .
در جهان روزانه بيش از 5 ميليون بشكه گاز مايع مصرف مي شود مصارف گاز مايع در كشورهاي مختلف متفاوت است متوسط درصد مصرف آن طي دهه 1990 در جهان در بخش هاي مختلف به شرح زير است:
تجاري و خانگي %60، صنايع شيميايي %15، صنعتي %15، خدماتي %5، توليد بنزين%5
هر تن متر يك پروپان معادل 12.8 بشكه و بوتان برابر 11.1 بشكه است.
گاز مايع را با كاميون هاي مخصوص خط لوله و يا كشتي هاي ويژه اي كه براي همين منظور ساخته شده است حمل مي نمايند.

گاز مشعل (FLARE GAS)
هيدروكربورهاي سبك ممكن است به صورت گاز از شيرهاي ايمني در دستگاه هاي بهره برداري ، پالايشگاه ها و يا مجتمع هاي پتروشيمي ، گذشته و از طريق مشعل سوزانده شود چنانچه يكي از واحدهاي پالايشگاه به علت بروز اشكالاتي در سيستم برق يا آب سرد كننده از كار بيفتد لازم است كه مقادير خوراك مجتمع و يا محصولات پالايشگاه از طريق دودكش به مشعل هدايت و سوزانده شود تا از خطرات احتمالي جلوگيري شود.

در مجتمع هاي بزرگتر و مجهزتر معمولا دستگاه هاي بازياب نصب شده كه مي توان در مواقع اضطراري بخشي از مايعات و يا گازها را به انجا هدايت كرد و از وسوختن آنها جلوگيري نمود.

گاز همراه (ASSOCIATED GAS)

گاز همراه يا به صورت محلول در نفت خام است كه در مراحل بهره برداري از نفت خام جدا مي شود و يا به صورت جداگانه از نفت خام اشباع شده حاصل مي شود.




چند تعريف:


نفت سفید: نفت سفید برشی از نفت خام و متشکل از سه نوع هیدروکربور پارافینی، نفتینی و آروماتیک می باشد. این فرآورده به عنوان سوخت گرمایشی و سوخت مراکز حرارتی به کار می رود و یکی از موارد اصلی تشکیل دهنده سوخت جت است.


نفت کوره: نفت کوره از بازمانده تقطیر نفت خام در برجهای تقطیر پالایشگاه به دست می آید. این فرآورده به سبب دارا بودن هیدروکربورهای سنگین، به آسانی نمی سوزد و یکی از سوختهای عمده کشتیها و واحدهای بزرگ صنعتی از جمله نیروگاههای برق به شمار می رود.


نفت گاز: نفت گاز فرآورده ای است که بعد از برش نفت سفید به دست می آید و به عنوان سوخت ماشین آلات کشاورزی، صنعتیو سوخت تعدادی وسایل نقلیه عمومی و تأسیسات حرارتی به کار می رود


بنزین موتور: بنزین موتور آمیزه ای است از هیدروکربورها به طور عمده حلقوی وایزومره با نسبتهای متفاوت که برای افزایشدرجه آرام سوزی آن، برخی از ترکیبات آلی به آن اضافه می شود.


گاز طبیعی (گاز غنی): گاز تولیدی از منابع نفتی و گازی را گاز طبیعی یا غنی می گویند که به صورت «کلاهک» همراه با نفت (مانند مانند گاز منطقه آغاجاری) و «مستقل» (نظیر ذخایر گاز سرخس و سرخون) قابل دسترسی می باشد.


گاز سبک: گاز غنی (طبیعی) پس از طی مراحل جداسازی و پالایش، به سبک تبدیل می شود. منظور از جداسازی، جداکردن مایعات و میعانات گازی از گاز غنی است.


گاز مایع: گاز مایع مخلوطی است از پروپان و بوتان نرمال که دراثر شرایط محیط و مصرف نسبت حجمی این دو ماده در مخلوطتغییر می یابد و در تحت فشاری حدود 110 – 100 پوند بر اینچ مربع به صورت مایع در می آید.


مشترک گاز: عبارت است از شخص حقیقی یا حقوقی که طبق روش پذیرش متقاضیان گاز پس از تحویل مدارک مورد نظر و پرداخت حقوق و هزینه های متعلقه، مشخصاتش در دفتر پذیرش اشتراک ثبت شده و شماره اشتراک به وی اختصاص یافته باشد.


مصرف کننده گاز: به مشترکینی اطلاق می گردد که جریان گاز آنها پس از طی مراحل اشتراک پذیری راه اندازی شده باشد.


انشعاب گاز: به خطوطی که جهت ارسال گاز از خطوط انتقال، خطوط تغذیه و شبکه تا ایستگاه اختصاصی مشترک نصب می شود
انشعاب اطلاق می گردد.

[Sara12]

انتقال گاز براي فواصل طولاني همواره با مشکلات خاصي روبرو ميباشد. امروزه تکنولوژي LNG به عنوان راهکاري کاملاً اقتصادي و قابل اطمينان در اين زمينه مطرح است. اما پيشرفت‌هاي اخير در زمينة استفاده از ساير تکنولوژي‌ها نيز باعث گرديده است که روش‌هايي نظير CNG و هيدرات هم به عنوان راه‌حلي براي انتقال گاز به فواصلطولاني مطرح گردند. اين مطلب سعي نموده تا تحليلي از وضعيت اين تکنولوژي‌ها ارايه دهد:

بدون شک گاز طبيعي منبع مهم تامين انرژي در قرن جديد است. امروزه تکنولوژي‌هاي بسياري براي استحصال، انتقال و به‌کارگيري از منابع گازي رشد يافته‌اند.
توسعة سريع صنعت گاز نيز تاثيرپذير از تکنولوژي‌هاي مهمي بوده است که از اواسط قرن بيستم مطرح شده‌اند. انتقال گاز طبيعي به واسطة ماهيت گازي آن عموماً با دشواري مواجه است و حتي استفاده از ساده‌ترين روش انتقال يعني خطوط لوله در فواصل طولاني با مشکلات زيادي روبرو مي‌شود.
با توجه به توانايي هاي موجود تکنولوژي براي انتقال گاز به فواصل دوردست، روش LNG گاز طبيعي مايع‌شده به عنوان يک روش اقتصادي توانسته دشواري حمل گاز را مقدار زيادي مرتفع سازد.
برخي از کارشناسان تبديل گاز به فراورده هاي مايع (GTL) را نيز راهکاري مناسب جهت انتقال گاز به بازارهاي دوردست بيان مي نمايند؛ زيرا معتقدند با وجود اين که هنوز تکنولوژي GTL به طور گسترده مورد استفاده کشورهاي دارنده گاز قرار نگرفته است، حمل فرآورده هاي مايع به بازارهاي مصرف بسيار ساده تر و کم هزينه‌تر از روش تبديل به LNG مي باشد. علاوه بر آن فرآورده هاي مايع گاز را به سهولت مي توان در بازار مصرف به فروش رساند ولي به دليل نوع خاص تقاضاي LNG که به تاسيسات دريافت خاصي نيازمند است, فروش LNG همواره دشواري بيشتري دربردارد.
به واسطه هزينه هاي بالا براي انتقال گاز طبيعي در هر يک از تکنولوژي هاي فوق الذکر, تحقيق و پژوهش براي يافتن راهکارهاي ديگر همواره ادامه دارد. در اين راستا علاوه بر تکنولوژي LNG و GTL، تکنولوژي‌هاي CNG و هيدرات نيز ممکن است بتوانند به عنوان راهکاري مناسب و ارزان براي انتقال گاز مطرح شوند.

تکنولوژي CNG
تکنولوژي CNG يا گاز طبيعي فشرده شده، براي انتقال گاز طبيعي در مسافت‌هاي طولاني، قابليت مهمي به شمار مي رود. CNG را مي‌توان در کشتي‌هاي مخصوصي ذخيره و سپس به مقاصد مورد نظر حمل نمود. اگرچه يک کشتي حامل CNG نمي‌تواند گاز را به مقادير بارگيري شده در کشتي‌هاي LNG انتقال دهد، ولي روش مايع‌سازي و همچنين تبديل مجدد به گاز در تکنولوژي CNG سهل‌تر و بسيار کم‌هزينه‌تر از LNG است.
ذخيره‌سازي گاز در کشتي‌هاي CNG به صورت نگهداري گاز در لوله‌هايي با تحمل فشار 3000-1500 psi و به قطر 18 تا 36 اينچ مي‌باشد. اين لوله‌ها که به‌صورت افقي و عمودي در کشتي تعبيه شده‌اند, توانايي ذخيره سازي مقادير زيادي گاز را در خود دارند. براي کاهش خطرات احتمالي, دماي اين لوله‌ها در 20- درجه سانتي‌گراد حفظ مي‌شود.
به دليل فشار بالاي CNG در مخازن لوله‌اي شکل، بالابودن احتمال خطر انفجار از مشکلات اساسي عملي‌نشدن کاربرد وسيع تکنولوژي CNG در جهان مي‌باشد.
امروزه استفاده از تکنيک‌هاي جديد در ساخت کشتي‌هاي CNG يعني به‌کارگيري لوله‌هايي به قطر 6 اينچ که به‌صورت قرقره‌هاي بزرگ در درون کشتي تعبيه مي‌شوند، پيشنهاد شده است. اين کشتي‌ها توانايي ذخيره‌سازي بيشتري از گاز را در خود دارند. تکنولوژي CNG براي انتقال گاز مخازن آب‌هاي عميق که عملاً انتقال گاز آنها با خط لوله به ساحل با دشواري و هزينه بالا روبرو است, مي‌تواند کاربرد يابد.
سادگي فرايند توليد CNG و تکنولوژي‌ ساده‌تر ساخت کشتي‌هاي حمل آن نسبت به LNG, طرح‌هاي CNG را به عنوان گزينة بالقوه‌اي براي انتقال گاز مطرح نموده است.
با توجه به شرايط موجود تکنولوژي CNG, استفاده از آن تنها براي انتقال گاز تا فواصل 2500 مايل مطمئن به نظر مي‌رسد. تحقيقات در زمينة استفاده از تکنولوژي CNG براي انتقال گاز طبيعي در کشورهاي آمريکا و استراليا همچنان ادامه دارد.
تکنولوژي هيدرات
هيدرات جامدي است بلوري که از مولکول‌هاي آب تشکيل شده است و در حقيقت مولکول‌هاي گاز در درون آن به دام افتاده‌اند. گازهاي زيادي هستند که قابليت تشکيل هيدرات را دارند. از آن جمله مي‌توان به هيدروکربن‌هايي با تعداد اتم‌هاي پايين نظير متان اشاره کرد.
شرايط تشکيل هيدرات عبارتند از: 1- فشار و دماي مناسب 2- وجود مولکول آب 3- وجود مولکول گاز
از دهة 1960 که هيدرات گازي به عنوان عاملي مزاحم در خطوط لوله گاز به‌وجود آمد, ايده انتقال گاز طبيعي به‌وسيلة هيدرات در ذهن بسياري از دانشمندان شکل گرفت.
به دليل آنکه دماي حمل هيدرات بالاتر از دماي حمل LNG مي‌باشد، هيدرات گازي را به سهولت مي‌توان انتقال داد. از اين رو تکنولوژي ساخت کشتي‌هاي حمل هيدرات پيچيدگي بسيار کمتري نسبت به کشتي‌هاي حمل LNG خواهد داشت و تاسيسات توليد هيدرات بسيار ساده‌تر از تاسيسات LNG مي‌توانند طراحي گردند.
اما مشکل اساسي, حجم کمتر گاز منتقل شده مي‌باشد. براساس مطالعات انجام شده در اين زمينه, هر يک متر مکعب هيدرات, 175 متر مکعب گاز را در خود جاي مي‌دهد. در صورتيکه در تکنولوژي LNG کاهش حجم به يک ششصدم مي‌رسد و اين موضوع در اقتصادي‌بودن طرح‌هاي انتقال گاز به‌خصوص فواصل دوردست بسيار پراهميت است.
با اين وجود, هنوز اميدهاي زيادي وجود دارد تا هيدرات به عنوان يک راه‌حل کاملاً اقتصادي جهت انتقال گاز به کار رود. در اين زمينه, شرکت BP با همکاري مراکز علمي ديگر مانند دانشگاه گودسن در حال ساخت پايلوتي است که توان توليد روزي 100 کيلوگرم هيدرات را دارد.
جمع‌بندي
آنچه مسلم است پيشرفت‌هاي تکنولوژي در زمينه هيدرات و CNG همچنان ادامه دارد ولي گمان مي‌رود تا سال 2020, راه حل مطمئن و اقتصادي براي انتقال گاز طبيعي به مناطق دوردست، استفاده از تکنولوژي‌ LNG و يا تبديل به فرآورده‌هاي مايع GTL و حمل آن به مناطق موردنظر ‌باشد.
تکنولوژي CNG در صورت کاهش‌دادن خطر انفجار در هنگام انتقال آن، مي‌تواند رقيبي براي تکنولوژي ‌LNG در فواصل کوتاه‌تر (2500مايل) باشد.
براي کشورهايي نظير کشور ما که داراي ذخاير عظيم گازي است، تحقيق و توسعه در زمينه طرح‌هاي هيدرات و CNG به عنوان راهکارهاي جديد انتقال گاز، حرکت مهمي در تحقيق و پژوهش صنعت گاز مي تواند به شمار رود.
ماخذ:
1.ABC TECHNICAL BULLETIN, 2002.

[Sara12]

جریانهای دوفازی

مقدمه
مهمترین علامت مشخصه جریانهای دوفازی وجود مشترک بودن بین فازهای گاز و مایع می باشد. این فصل مشترک دارای اشکال مختلفیمی باشد. تقریبا امکان پیدایش یک دامنه نامحدود از فصل مشترک مختلف بین دو فاز وجود دارد اما عموما تاثیر کشش سطحی بین دو فاز منجر به پیدایش فصل های مشترک مختلف منحنی شکل شده که نهایتا تمامی آن ها تبدیل به اشکال کروی نظیر قطره ها و حباب هامی شوند.
در حالت کلی با طبقه بندی اوناع حالات توزیع فصل مشترک بین دو فازگاز و مایع که اصطلاحا رژیم های جریان یا الگوی جریان نامیده می شوند می توان به توضیح و تفسیر این نوع جریان ها پرداخت. باید توجه داشت که این رژیم های جریان معمولا بوسیله موقعیت و شکل هندسی خط لوله و جهت جریان و خواص فیزیکی و شدت جریان هر یک از فازها و شار حرارتی وارد بر دیواره لوله تحت تاثیر قرار می گیرند.
لازم به ذکر است که علیرغم کوشش های بسیار زیادی که برای طبقه بندی اونع رژیم های جریان دو فازی به عمل آمده است با وجود تمامی این روش ها ی بشدت کیفی و اغلب مطابق نقطه نظرات شخصی محققین می باشند بطوریکه تاکنون رژیم های جریان مختلفی تعریف گردیده و دامنه گسترده ای از اسامی برای این منظور مورد استفاده قرار گرفته اند. تعاریفی که برای انواع رژیم های جریان در اینجا ارائه خواهند شد بصورت خیلی خلاصه بیان شده اند. قبل از بیان به مفهوم جریان های سیالات در خطوط لوله پرداخته

الگوی جریان در خطوط لوله افقی:
هفت نوع الگوی توزیع برای جریان های دوفازی در خطوط لوله افقی وجود دارد. این الگوهای جریان در شکل های صفحه های بعد به نمایش در آمده اند. بطوریکه برای هر رژیم جریان مقادیر تجربی سرعت هر فاز برای مخلوطی از گازهایی با جرم ویژه نزدیک به جرم ویژه هوا و مایعاتی با گرانروی کمتر از صد سانتی پوز داده شده است .

جریان حبابی:
در خطوط لوله افقی در مواردی که نرخ حجمی گاز نسبتا کم و نرخ حجمی مایع نسبتا زیاد باشد جریان حبابی بصورت حباب های کوچک گاز تحت تاثیر اختلاف چگالی در قسمت فوقانی لوله ظاهر می شود. با افزایش نرخ حجمی فاز گاز اندازه حباب ها بتدریج افزایش می یابد. سرعت ظاهری مایع در این نوع رژیم جریان بین 5 الی 15 فوت بر ثانیه و سرعت ظاهری گاز بین 1 الی 10 فوت بر ثانیه می باشد .

جریان توپی یا قالبی: با افزایش سرعت فاز گاز در جریان حبابی تعداد حباب های فاز گاز افزایش می یابد. بطوریکه از برخورد و بهم پیوستن آن ها حباب های بزرگ و توپی شکل نزدیک به جداره بالایی لوله تشکیل خواهند شد. این نوع جریان جریان توپی یا قالبی نامیده می شود .

جریان لایه ای: در این نوع الگوی توزیع فازهای مایع و گاز کاملا از هم جدا هستن و فاز گاز که عموما دارای سرعت بیشتری نسبت به فاز مایع می باشد و در قسمت فوقانی و مایع در ناحیه پایین درون لوله حرکت می کنند . همچنین تداخل بین دو فاز بندرت صورت می گیرد و فصل مشترک بین آناه نسبتا منظم و صاف می باشد. در این حالت سرعت ظاهری فاز مایع کمتر از 5/0 فوت بر ثانیه و سرعت ظاهری فاز گاز بین 2 الی 10 فوت بر ثانیه می باشد.

جریان موجی: در جریان لایه ای اگر سرعت پیدایش گاز مجدادا افزایش یابد. بین فاز گاز و مایع تنشی ایجادمی شود که خود باعث پیدایش امواج در فصل مشترک می شود که این امواج در امتداد جریان حرکت می کنند. سرعت ظاهری مایع در این حالت کمتر از 1 فوت بر ثانیه و سرعت ظاهری گاز حدود 15 فوت بر ثانیه می باشد .

جریان لخـــــته ای: slug flow در خطوط لوله افقی و مواردی که نرخ جریان مایع زیاد باشد افزایش سرعت گاز منجر به افزایش دامنه موج های سطحی مایع در فصل مشترک گاز و مایع می شود که ضمن آن موج ها به جداره فوقانی لوله برخورد کرده و ل خ ت ی های مایع تشکیل می شود. لخته های مایع در چنین حالتی می توانند باعث لرزش های شدید و در برخی موارد ایجاد خطر درون تجهیزات واقع در مسیر خطوط لوله و مراکز جمع آوری شوند. از ویژگی های این نوع رژیم جریان می توان از نوسانات منظم در تغییرات فشار و مقدار مایع تجمع یافته نام برد که معیار مناسبی برای تشخیص این نوع رژیم جریان می باشد.
جریان حلقوی: در این نوع جریان دو فاز گاز و مایع بصورت دو استوانه متداخل درون لوله جاری خواهند شد. این نوع جریان وقتی شکل خواهد گرفت که سرعت ظاهری گاز بیشتر از 20 فوت بر ثانیه باشد. بررسی دقیق این نوع الگوی جریان به جهت تعیین میزان خوردگی سایشی و افزایش بازدهی خط انتقال پیش بینی مقدار مایع تجمع یافته و تعیین ضخامت فیلم مایع روی دیواره لوله و حاسبه افت فشار سیال جهت طراحی خطوط لوله انتقال و تجهیزات انتهایی آن از اهمیت خاصی برخوردار است .

جریان قطره ای : با افزایش نرخ جریان فاز گاز در جریان حلقوی فاز گاز و فاز مایع را بصورت قطرات ریزی انتقال خواهد داد. احتمالا چنین جریانی وقتی شکل می گیرد که سرعت ظاهری فاز گاز بیش از 20 فوت بر ثانیه باشد. در مواردی که نرخ جریان گاز نسبتا زیاد و نرخ جریان مایع نسبتا کم باشد. فاز مایع در داخل فاز گاز بصورت ذرات بسیار ریز و پراکنده تبدیل شده و اصطلاحا فضایی شبیه مه بوجود می آید. در این حالت رژیم جریان را مه آلود می نامند. بعضی از خطوط انتقال سیستم گاز میعانی در مواقع خاصی در این الگوی جریان قرار دارند .

الگوهای جریان در خطوط لوله قائم در خطوط لوله قائم نیز الگوهایی ظاهر می شوند که تفاوت چندانی با الگوهای جریان در خطوط لوله افقی ندارند .

جریان حبابی : در این نوع رژیم جریان فاز مایع بصورت پیوسته و فاز گاز بصورت پراکنده( حباب های ریز) درون مایع بطرف بالا حرکت می کند. سرعت فازها در این نوع جریان بدلیل اختلاف جرم ویژه فازها متفاوت می باشد. معمولا حباب های ریز گاز با سرعت ظاهری کمتر از 2 فوت بر ثانیه از درون فاز مایع عبور می کنند

جریان لخ ته ای: در جریان حبابی با افزایش سرعت فاز گاز تعداد حباب ها افزایش یافته و از برخورد و بهم پیوستن آنها با یکدیگر چند گنبد چتری شکل گازی بوجود می آید که در قسمت هایی از لوله تمام سطح مقطع لوله را اشغال می کنند. در عمل این نوع جریان بصورت منقطع از فازهای مایع و گاز دارای افت فشار زیاد و همچنین از نظر فرآیندی با ایجاد سروصدا های ناهنجار و آسیب دیدگی تجهیزات همراه است. در طراحی خطوط لوله جریان دو فازی سعی می شود حتی الامکان از ایجاد چنین رژیم جریانی اجتناب شود. در این حالت سرعت ظاهری فاز گاز از 2 الی 30 فوت بر ثانیه تغییر می کند.

جریان کف آلود : در جریان ل خ ت ه ای با افزایش سرعت جریان توده های گاز شکسته شده و جریان ناپایدار و انتقالی بین دو جریان ل خ ت ه ای و حلقوی شکل خواهد گرفت. در خطوط لوله جریان با قطر زیاد حرکت نوسانی مایع بسمت بالا و پایین رخ می دهد در حالیکه در لوله های باریک این حرکت نوسانی بوقوع نخواهد پیوست و حرکت انتقالی بین دو نوع جریان ل خ ت ه ای و حلقوی بسیار گذرا خواهد بود .

جریان قطره ای : در این نوع الگوی جریان فاز گاز بصورت پیوسته و فاز مایع بصورت ذرات ریز به همراه آن در حرکت است. بطوریکه فاز گاز فاز مایع را بصورت قطرات ریز انتقال می دهد. در این حالت تغییرات فشار سیال توسط فاز گاز کنترل می شود. اطلاعات تجربی نشان می دهد که به ازای سرعت ظاهری فاز گاز بیش از 70 فوت بر ثانیه و سرعت ظاهری فاز مایع کمتر از 2 فوت بر ثانیه باشد این نوع رژیم به جریان حلقوی تبدیل خواهد شد .

تهیه و تنظیم: بهتاش

[Sara12]

سنسور هشدار دهنده گاز

در زیر با یک مدار در زمینه سنسور هشدار دهنده گاز آشنا می شوید.

قطعات مورد نیاز

1. 1 عدد سنسور TGS-813
2. 1 عدد آیسی CA3130 یا آیسی CA3140
3. 1 عدد پتانسیومتر 10 کیلو اهم
4. 1 عدد پتانسیومتر 5 کیلو اهم
5. برد بورد
6. سیم تلفنی
7. 1 عدد کلید PUSH-BOTTOM
8. 1 عدد دیود 1N4148
9. 1 عدد خازن 100 نانو فاراد
10. 1 عدد ترانزیستور BC107
11. 1 عدد مقاومت 10 کیلو اهم
12. 1 عدد مقاومت 4.7 کیلو اهم
13. 1 عدد مقاومت 1 کیلو اهم
14. 2 عدد مقاومت 1 کیلو اهم
15. 1 عدد مقاومت 220 اهم
16. 1 عدد LED

نقشه مدار


اگر بخواهید مدار خود را بر روی برد بورد پیاده سازی کنید.متوجه خواهید شد که پایه های این سنسور از سوراخ های موجود در برد بورد خیلی بزرگتر است.این سنسور 6 پایه دارد.6 عدد تکه سیم مسی را که هر کدام در حدود 1 تا 2 سانتی متر هستند به این پا یه ها لحیم کنید.برای بهتر لحیم شدن این سیم های مسی به پای های سنسور از روغن لحیم استفاده کنید.

پس از مرحله لحیم کردن، این سنسور را به گونه ای بر روی برد بورد قرار دهید که این پایه ها با یکدیگر ارتباط پیدا نکند.
برای پیدا کرد شماره پایه ها ی سنسور وارد قسمت سنسور گاز در انتهای همین صفحه بشوید.

مطابق نقشه پایه های 1و3 را به یکدیگر وصل کنید.ار این اتصال به مثبت 5 ولت از منبع تغذیه وصل کنید.پایه 5 از این سنسور را زمین کنید.،و پایه 2 را به مثبت 5 ولت از منبع تغذیعه متصل نمایید.

پایه های 4و6 این سنسور را به یکدیگر وصل کنید.از این اتصال مشترک به سر وسط پتانسیومتر 50 کیلو اهم متصل نمایید.یک سر کناری این پتانسیومتر را با یک مقاومت یک کیلو اهم به منفی یا زمین منبع تغذیه متصل نمایید.سر دیگر یان پتانسیومتر را با یک مقاومت 4.7 کیلو اهم به پایه 3 آیسی CA3130 یا CA3140 که ورودی مثبت است.،متصل نمایید.آیسی CA3130 شود.این آیسی حاوی آپ امپ جهت مقایسه ولتاژ های ورودی است.

حال سر وسط پتانسیو متر 10 کیلو اهم را همانطور که در نقشه نیز مشخص است.،به ورودی منفی آیسی CA3130 که پایه 2 آیسی است.،متصل نمایید.یکی از پایه های کناری این پتانسیومتر را با یک مقاومت 2.2 کیلو اهم به زمین و پایه دیگر این پتانسیومتر را با یک مقاومت 2.2 کیلو اهم به مثبت 5 ولت متصل نمایید.

تغذیه زمین این آیسی را که پایه 4 است.،به زمین متصل کرده و تغذیه مثبت آنرا که پایه 7 می باشد را بر روی برد بورد یا بورد سوراخدار مسی به مثبت منبع تغذیه متصل نمایید.بین ورودی های مثبت و زمین این مدار یک عدد خازن 100 نانو فاراد قرار دهید.همانطور که می دانید.،در این خازنها جهت مهم نیست.

از پایه خروجی 6 با دیود 1N4148 به پایه 3 که ورودی مثبت می باشد.متصل نمایید.نحوه اتصال این دیود به گونه ای است که پایه مثبت یا آند آن در پایه 6 و پایه منفی یا کاتد آن در پایه 3 باشد.

از پایه خروجی با یک مقاومت 220 اهم به بیس ترانزیستور BC107 متصل نمایید.امیتر این ترانزیستور را زمین کنید.از کلکتور ترانزیستور به یک مقاومت 10 کیلو اهم به مثبت ولتاژ متصل کنید.از اشتراک کلکتور با این مقاومت با یک مقاومت 220 اهم به کاتد یا منفی LED متصل کنید.،و آند یا مثبت LED را به صورت مستقیم به ,ولتاژ‌5 ولت متصل نمایید.

تست مدار

جهت تست مدار از فندک استفاده کنید.البته فندک را روشن نکنید.،فقط گاز موجود در آن را بروی سنسور تست کنید.
در این مدار به محض سنس شدن گاز توسط سنسور ولتاژی که در پایه 3 ایجاد می شود.بیشتر از ولتاژی است.،که در پایه 2 ایجاد می شود.میزان این اختلاف ولتاژ‌و حساسیت مدار را می توانید با پتانسیو متر تنظیم کنید.
حتی شما می توانید میزان ماندگاری مدار را با پتانسیومترها تنظیم کنید.به طور مثال قسمت هشدار این مدار که در اینجا LED است.آیا پس از مدتی خاموش شود.یا اینکه شما به طور دستی این قسمت را غیر فعال کنید.برای غیر فعال کردن قسمت هشدار یا آلارم همانطور که در نقشه مشخص است.از یک عدد کلید PUSH-BOTTOM استفاده شده است.
یک سر این کلید در پایه 3 که ورودی مثبت است .،می باشد و سر دیگر آن در زمین است.
زمانیکه قسمت هشدار دهنده مدار را با تنظیم پتانسیومترها به گونه ای تنظیم کرده باشید.،که پس از سنس گاز توسط سنسور هیچگاه به صورت غیر دستی فعال نشود.در این حالت با فشار کلید push-bottom می توانید قسمت هشدار را غیر فعال کنید.
در اینجا برای سادگی و جلوگیری از مزاحمت برای دیگران از LED استفاده کردم.برای روشن شدن یک فن جهت کم کردن میزان گاز منتشر شده یا فعال شدن یک آژیر می توانید از ترکیب همین ترانزیستور و رله ای که آمپر مورد نظر شما را بدهد.، استفاده کنید.

تذکر

در هنگام کار با این سنسور،اگر منبع تغذیه را به آن متصل کنید.،متوجه گرمایی در سنسور می شوید.این به خاطر المنتی است.که بین پایه های 2و 5 وجود دارد.از بابت گرم شدن سنسور نگران نباشید.پایه های مربوط به سنسور را به طور صحیح و مطابق با نقشه ببندید.در بستن مدار دقت کنید و اطلاعات مربوط به سنسور را در انتهای این صفحه به دقت ملاحظه کنید تا در بستن پایه های سنسور دچار اشتباه نشو ید.
متاسفانه نمی توانید این مدار را با باطری تست کنید.تغذیه لازم جهت تست این مدار را یا بایستی از منبع تغذیه فراهم شود.، یا اینکه با استفاده از ترانس و دیود پل و خازن و رگولاتور 7805 این تغذیه را برای تست فراهم کنید.ترانسی که برای این مدار تهیه می کنید.جریانش بایست بین 500 تا 1000 میلی آمپر باشد.
در ضمن میتوانید.به جای تغذیه های بالا از 3 عدد باطری CFL 2300A یا باطری SONY 2300A استفاده کنید.

سنسور گاز

برای دریافت اطلاعات مربوط به سنسور گاز اینجا را کلیک کنید.به شکل واقعی این سنسور در شکل زیر توجه کنید.برای دیدن این اطلاعات می بایست فایل Acrobat reader در کامپیوترتان موجود باشد.