1-1 هیدرات… 3
1-2 تشکیل هیدرات ها 3
1-3 شرایط تشکیل هیدرات… 4
1-4 فاکتورهای مؤثر در تشکیل هیدرات… 5
1-5 آب و گاز طبیعی.. 6
1-5-1 آب آزاد. 7
1-6 بیان مساله پژوهش… 8
1-7 ضرورت و اهمیت انجام پژوهش… 9
1-7-1 اهمیت هیدرات‌های گازی.. 10
1-7-2 زمینه‌های تحقیقاتی هیدرات… 11
1-8 وجه تمایز پژوهش با سایر پژوهش‌ها 11
1-9 اهداف پژوهش… 12
1-10 سؤالات پژوهش… 12
1-11 فرضیه‌های پژوهش… 13
1-12 انواع و ساختار هیدرات… 13
1-12-1 ساختار هیدرات نوع I 15
1-12-2 ساختار هیدرات نوع II 15
1-12-3 ساختار هیدرات نوع H. 16
1-13 اندازۀ مولکول مهمان. 17
1-14 سایر تشکیل دهنده‌های هیدرات… 19
1-14-1 فرئون‌ها 19
1-14-2 هالوژن‌ها 19
1-14-3 گازهای نجیب… 19
1-14-4 هوا 19
1-14-5 سایر تشکیل دهنده‌ها 20
1-15 کاربرد‌های هیدرات… 20
1-15-1 کریستال هیدرات در فرآیند‌های جداسازی.. 20
1-15-2 غنی سازی اکسیژن با استفاده از تشکیل هیدرات گازی.. 21
1-15-3 تغلیظ به کمک تشکیل هیدرات… 21
1-15-4 هیدرات گازی و شیرین سازی آب دریا 21
1-15-5 جدا سازی دی اکسید کربن دریایی.. 22
1-15-6 ذخیره و انتقال گاز طبیعی.. 22
1-16 کریستال هیدرات در محیط زیست… 23
1-17 راه‌های جلوگیری از تشکیل هیدرات… 23
1-18 اثر افزودنی‌ها بر تشکیل هیدرات… 24
1-19 عوامل بازدارنده‌ تشکیل هیدرات‌ها 26
1-19-1 بازدارنده‌های ترمودینامیکی.. 27
1-19-2 بازدارنده‌های سینتیکی.. 28
1-19-3 بازدارنده‌های ضدتجمی یا ضد کلوخه ای.. 29
1-19-4 مواد افزودنی که هیدرات‌ها را در یکی از ساختار‌های I، II یا H پایدار می‌کند. 30
2……….. فصل دوم : تاریخچه و تحقیقات انجام شده در مورد هیدرات گازی
2-1 تاریخچه کشف هیدرات… 31
2-2 پیشینه تحقیق در ایران. 32
2-2-1 مطالعات پایه. 33
2-2-1-1 تعادلات فازی.. 33
2-2-1-1-1 مطالعات تجربی.. 33
2-2-1-1-2 مطالعات تئوری.. 35
2-2-1-2 سینتیک تشکیل و تجزیه هیدرات… 36
2-2-1-3 مطالعه ساختارهای مولکولی.. 37
2-2-1-4 خواص فیزیکی – حرارتی.. 38
2-2-2 مباحث زیست محیطی هیدرات… 38
2-2-2-1 اثرات گاز متان بر محیط زیست… 38
2-2-2-2 ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن به شکل هیدرات… 39
2-2-3 توسعه هیدرات و کاربردهای نوین.. 39
2-2-3-1 جداسازی مخلوط های گازی.. 39
2-2-3-2 نمک زدایی آب دریا 40
2-2-3-3 ذخیره سازی و انتقال گاز طبیعی به صورت هیدرات… 40
2-2-3-4 ذخیره سازی انرژی گرمایی.. 41
2-2-4 اکتشاف و بهره برداری منابع طبیعی هیدرات گازی.. 41
2-2-5 تحلیل آماری.. 42
2-3 پیشینه تحقیق در خارج از ایران. 42
2-4 نمودارهای فازی برای طبقه بندی هیدرات‌ها 44
2-5 روش‌های محاسباتی دستی برای پیش‌بینی تشکیل هیدرات… 44
2-5-1 روش وزن مخصوص گاز. 45
2-5-2 روش ثابت تعادلی K. 46
2-5-3 روش بیلی- ویچرت… 47
2-5-4 دیگر روابط همبستگی.. 47
2-5-4-1 ماکاگون. 47
2-5-4-2 کوبایاشی و همکاران. 48
2-5-4-3 مطیعی 48
2-5-4-4 کسترگارد و همکاران. 48
2-5-4-5 تولر و مخاطب… 49
2-6 روش‌های رایانه‌ای برای پیش‌بینی تشکیل هیدرات… 49
2-6-1 تعادل فازی.. 49
2-6-2 واندروالس و پلاتیو. 51
2-6-3 پاریش و پراسنیتز. 51
2-6-4 انجی و رابینسون. 52
3……….. فصل سوم : بررسی روش­های بازدارنده در تشکیل هیدرات
3-1 روش تحقیق.. 53
3-2 مرحله قبل از پیدایش هیدرات… 54
3-2-1 نم‌زدایی از گاز طبیعی.. 54
3-2-1-1 نم‌زدایی از طریق گلایکول. 55
3-2-1-1-1 جاذب‌های مایع. 55
3-2-1-1-2 گلایکول‌ها 56
3-2-1-1-3 توصیف فرآیند. 56
3-2-1-2 غربال‌های مولکولی.. 57
3-2-1-2-1 توصیف فرآیند. 58
3-2-1-3 تبرید 59
3-2-1-3-1 توصیف فرآیند. 59
3-3 تشکیل هیدرات حین شروع پدیده 60
3-4 تشکیل هیدرات با پیدایش مستمر پدیده 65
3-4-1 دینامیک سیالات عددی پژوهش… 66
3-4-1-1 مراحل آنالیز جریان به کمک نرم افزار کامسول. 67
3-4-1-2 پیش پردازش…. 67
3-4-1-3 حل عددی میدان جریان. 68
3-4-1-4 پس پردازش نتایج.. 69
3-4-1-5 نکات مهم در شبیه سازی عددی جریان. 70
3-4-1-6 چگونگی شبیه سازی عددی جریان. 71
3-4-1-7 مشکلات عمده 72
3-4-1-8 خطا‌ها 72
3-4-2 تئوری و فرمولاسیون. 73
3-4-2-1 معادلات Mixture Model, Laminar Flow.. 73
3-4-2-2 معادلات Laminar Flow.. 76
3-4-2-3 معادلات Heat Transfer in Fluid. 76
3-4-2-4 معادلات Transport of Diluted Species 77
3-4-3 محاسبات تبخیر ناگهانی.. 77
3-4-4 مدل سازی و شرح مسئله. 78
3-5 مرحله بعد از پیدایش هیدرات… 84
3-5-1 انتخاب بازدارنده برتر. 88
4……….. فصل چهارم : تجزیه و تحلیل داده‌ها (یافته‌ها)
4-1 مبارزه با هیدرات با استفاده از گرما و فشار.   92
4-1-1 کاهش فشار. 92
4-1-2 استفاده از گرما 93
4-1-3 اتلاف گرما از یک خط لولۀ مدفون. 94
4-1-3-1 سهم سیال. 95
4-1-3-2 سهم لوله. 95
4-1-3-3 سهم زمین.. 96
4-1-3-4 ضریب کلی انتقال حرارت… 96
4-1-3-5 حرارت منتقل شده 96
4-2 مبارزه با هیدرات با استفاده از مقاومت های انتقال حرارت و انتقال جرم. 97
4-2-1 انتقال جرم. 97
4-2-2 انتقال حرارت… 98
4-3 نتایج شبیه سازی مدل. 99
4-4 نتایج شبیه سازی شبکه انتقال گاز. 111
4-5 انتخاب بازدارنده برتر. 117
5……….. فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 نم‌زدایی گاز. 121
5-2 مقاومت‌های انتقال جرم و حرارت هیدرات… 122
5-3 مدل سازی قطاعی از لوله دارای هیدرات… 123
5-4 شبکه انتقال گاز. 125
5-5 انتخاب بازدارنده برتر. 126
پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………….128
منابع و مأخذ …………………………………………………………………………………………………..129
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول ‏3‑1 : محاسبات تبخیر ناگهانی سیستم متان- آب در دمای 274 کلوین.. 77
جدول ‏3‑2 : محاسبات تبخیر ناگهانی سیستم اتان- آب در دمای 274 کلوین.. 77
جدول ‏3‑3 : محاسبات تبخیر ناگهانی سیستم پروپان- آب در دمای 274 کلوین.. 78
جدول ‏3‑4 : خواص گوشت لوله از جنس Stainless Steel 79
جدول ‏3‑5 : خواص آب درون لوله به صورت پراکنده 79
جدول ‏3‑6 : خواص گاز درون لوله به صورت پیوسته (گاز متان) 79
جدول ‏3‑7 : شرایط مرزی برای جریان سیال. 79
جدول ‏3‑8 : شرایط مرزی برای فاز پراکنده 79
جدول ‏3‑9 : مشخصات جریان مخلوط در درون لوله. 79
جدول ‏3‑10 : ورودی خواص سیال و ذرات جامد پراکنده به نرم افزار. 80
جدول ‏3‑11 : شرایط مرزی برای جریان سیال. 80
جدول ‏3‑12 : ورودی شرایط سیال آرام داخل لوله به نرم افزار. 80
جدول ‏3‑13 : داده‌های ورودی انتقال حرارت به نرم افزار. 81
جدول ‏3‑14 : شرایط مرزی برای انتقال حرارت داخل لوله. 81
جدول ‏3‑15 : داده‌های ورودی مومنتوم به نرم افزار. 81
جدول ‏3‑16 : شرایط مرزی برای غلظت گونه گازی (متان CA) داخل لوله. 81
جدول ‏3‑17 : مشخصات مش بندی شبکه لوله. 82
جدول ‏3‑18 : مشخصات حل کننده شبیه سازی.. 82
جدول ‏3‑19 : تفکیک کننده‌های مسئله برای اعتبار سنجی حل کننده 82
جدول ‏3‑20 : داده‌های ورودی خط ایستگاه S003. 84
جدول ‏3‑21 : داده‌های ورودی خط ایستگاه S001. 84
جدول ‏3‑22 : داده‌های خروجی خط ایستگاه D001. 84
جدول ‏3‑23 : ترکیبات ورودی خط S003 به همراه ترکیب درصد‌های مولی.. 84
جدول ‏3‑24 : ترکیبات ورودی خط S001 به همراه ترکیب درصد‌های مولی.. 85
جدول ‏3‑25 : شرایط فیزیکی و محیطی لوله‌های انتقال گاز شبکه. 86
جدول ‏3‑26 : ترکیبات گازی لاوان. 88
جدول ‏3‑27 : تزریق مواد بازدارنده شیمیایی در ابتدای خط انتقال گاز (حالت 1) 90
جدول ‏3‑28 : تزریق مواد بازدارنده شیمیایی در انتهای خط انتقال گاز (حالت 1) 91
جدول ‏3‑29 : تزریق مواد بازدارنده شیمیایی در ابتدای خط انتقال گاز (حالت 2) 91
جدول ‏3‑30 : تزریق مواد بازدارنده شیمیایی در انتهای خط انتقال گاز (حالت 2) 91
‌ فهرست نمودار‌ها
عنوان صفحه
نمودار ‏2‑1 : نمودار نیمه لگاریتمی رشد انتشارات هیدرات در قرن بیستم. 32
نمودار ‏2‑2 : تعداد مقالات چاپ شده در سال‌های مختلف… 42
نمودار ‏3‑1 : تغییرات ارتفاع در خط L005. 85
نمودار ‏3‑2 : تغییرات ارتفاع در خط L006. 85
نمودار ‏3‑3 : تغییرات ارتفاع در خط L008. 86
نمودار ‏3‑4 : منحنی تشکیل هیدرات برای بازدارنده MeOH با درصد وزنی مختلف… 88
نمودار ‏3‑5 : منحنی تشکیل هیدرات برای بازدارنده NaCL با درصد وزنی مختلف… 88
نمودار ‏3‑6 : منحنی تشکیل هیدرات برای بازدارنده KBr با درصد وزنی مختلف… 89
نمودار ‏3‑7 : منحنی تشکیل هیدرات برای بازدارنده Na2SO4 با درصد وزنی مختلف… 89
نمودار ‏3‑8 : منحنی تشکیل هیدرات برای بازدارنده NaF با درصد وزنی مختلف… 89
نمودار ‏3‑9 : منحنی تشکیل هیدرات برای بازدارنده KCL با درصد وزنی مختلف… 90
نمودار ‏4‑1 : مقایسه نتایج تجربی و مدلسازی غلظت فاز پراکنده برای مقطع 5/1 متری ورودی.. 100
نمودار ‏4‑2 : مقایسه غلظت فاز جامد حاصل از مدلسازی، در مقطعی ثابت در زمان‌های مختلف… 101
نمودار ‏4‑3 : توزیع سرعت محوری در زمان‌های 01/0 ،1/0 و 1 ثانیه پس از برقراری جریان. 101
نمودار ‏4‑4 : توزیع غلظت فاز جامد مدلسازی در دو سرعت ورودی 0.061 m/s و 0.029 m/s 102
نمودار ‏4‑5 : مقایسه نتایج تجربی و مدلسازی کسر‌حجمی فاز پراکنده در مقطع پایین لوله. 103
نمودار ‏4‑6 : مقایسه نتایج تجربی و مدلسازی غلظت فاز پیوسته در مقطع پایین لوله. 103
نمودار ‏4‑7 : مقایسه نتایج تجربی و مدلسازی غلظت فاز پراکنده در مقطع پایین لوله. 104
نمودار ‏4‑8 : تغییرات دما در طول لوله در سه مقطع اصلی.. 108
نمودار ‏4‑9 : تغییرات فشار در طول لوله در سه مقطع اصلی.. 108
نمودار ‏4‑10 : تغییرات کسر حجمی فاز پراکنده در طول لوله در سه مقطع اصلی.. 109
نمودار ‏4‑11 : تغییرات سرعت مخلوط در طول لوله در سه مقطع اصلی.. 109
نمودار ‏4‑12 : تغییرات دما در قطر لوله در دو مقطع میانی.. 109
نمودار ‏4‑13: تغییرات فشار در قطر لوله در دو مقطع میانی.. 110
نمودار ‏4‑14: تغییرات کسر حجمی فاز پیوسته و پراکنده در قطر لوله در دو مقطع میانی.. 110
نمودار ‏4‑15 : تغییرات غلظت فاز پیوسته و پراکنده در قطر لوله در دو مقطع میانی.. 110
نمودار ‏4‑16 : منحنی‌های تشکیل هیدرات برای هر سه خط شبکه انتقال. 111
نمودار ‏4‑17: تغییرات فشار در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال. 112
نمودار ‏4‑18: تغییرات دما در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال. 112
نمودار ‏4‑19 : تغییرات آنتالپی در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال. 113
نمودار ‏4‑20: تغییرات دانسیته در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال. 113
نمودار ‏4‑21 : تغییرات ویسکوزیته گاز در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال. 114
نمودار ‏4‑22 : تغییرات سرعت مخلوط در طول لوله برای هر سه خط شبکه انتقال. 115
نمودار ‏4‑23 : phase Envelope و منحنی هیدرات و بدون تزریق بازدارنده 116
نمودار ‏4‑24 : phase Envelope و منحنی هیدرات و بازدارنده متانول با 20 درصد غلظت… 116
نمودار ‏4‑25 : phase Envelope و منحنی هیدرات و بازدارنده متانول با 30 درصد غلظت… 116
نمودار ‏4‑26 : مقایسه بازدارنده‌های نمکی تشکیل هیدرات‌گازی میدان لاوان با 10 درصد وزنی.. 119
نمودار ‏4‑27 : مقایسه بازدارنده‌های نمکی تشکیل هیدرات‌گازی میدان لاوان با 20 درصد وزنی.. 119
نمودار ‏4‑28 : مقایسه بازدارنده‌های نمکی تشکیل هیدرات‌گازی میدان لاوان با 30 درصد وزنی.. 119
نمودار ‏4‑29 : مقایسه بازدارنده‌های نمکی تشکیل هیدرات‌گازی میدان لاوان با 40 درصد وزنی.. 120
نمودار ‏4‑30 : مقایسه بازدارنده‌های نمکی تشکیل هیدرات‌گازی میدان لاوان با 50 درصد وزنی.. 120
نمودار ‏4‑31 : مقایسه بازدارنده‌های نمکی تشکیل هیدرات‌گازی میدان لاوان با 60 درصد وزنی.. 120
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل ‏1‑1 : شماتیکی از تشکیل هیدرات در جداره لوله. 9
شکل ‏1‑2 : ساختار کریستال پایه برای یخ 4I 13
شکل ‏1‑3 : پیوند هیدروژنی میان پنج مولکول آب و تشکیل یک حلقه 5 مولکولی.. 14
شکل ‏1‑4 : تشکیل پیوند هیدروژنی میان دو مولکول آب… 14
شکل ‏1‑5 : ساختار I 15
شکل ‏1‑6 : ساختار II 16
شکل ‏1‑7 : ساختار H. 16
شکل ‏1‑8 : ساختارهای مختلف هیدرات گازی.. 17
شکل ‏1‑9 : مقایسه اندازه مولکول‌های مهمان، نوع هیدرات و حفره‌های اشغال شده 18
شکل ‏1‑10: دستگاه‌های تولید هیدرات گاز طبیعی.. 22
شکل ‏1‑11: دستگاه‌های تجزیه هیدرات… 22
شکل ‏1‑12 : منحنی وابستگی هیدرات به دما و فشار. 24
شکل ‏1‑13 : انواع افزودنی‌های هیدرات… 27
شکل ‏1‑14 : مکانسیم بازدارندگی از تشکیل هیدرات… 30
شکل ‏1‑15 : ساختار هیدرات به وجود آمده با تترا هیدرو فوران. 30
شکل ‏2‑1 : هزینه انتقال گاز در فواصل مختلف با روش‌های مختلف… 41
شکل ‏2‑2: نمودار فازی برای برخی از هیدروکربن گاز طبیعی ساده که هیدرات تشکیل می دهند. 44
شکل ‏2‑3 : نمودار هیدرات برای سه مخلوط مورد بررسی ویلکاکس و همکاران. 46
شکل ‏3‑1 : فرآیند ساده شده یک واحد نم‌زدایی از طریق گلایکول. 57
شکل ‏3‑2 : فرآیند ساده شده یک واحد خشک کن جامد به همراه دو برج.. 58
شکل ‏3‑3 : فرآیند جریان ساده شده برای یک واحد تبرید به همراه تزریق گلایکول. 60
شکل ‏3‑4 : شمای کلی تغییرات دما در فاز مایع و کریستال هیدرات… 61
شکل ‏3‑5 : پروفایل غلظت در مسیر نفوذ گاز تا رسیدن به سطح هیدرات… 62