مقدمه

هیدرات ها، جامدهای کریستالی میباشند که در آن ها ترکیبات گازی سبک مثل متان،اتان،پروپان ،دی اکسید کـربن و نیتروژن به عنوان مولکول های مهمان در حفره های آبی که نقش مولکول های میزبان را دارند ذخیره می شـوند.[۱] هیـدرات های گازی بسته به اندازه مولکول های گاز می توانند سه نوع ساختار کریستالی ، و را ایجاد کنند.[۲] امـروزه هیـدرات گازی به عنوان یک روش برای انتقال گازها،ذخیره سازی گازها مورد توجه قرار گرفته است ۳]و.[۴ یکی از مشکلات اساسـی بـر سر راه صنعتی شدن فرآیند تولید هیدرات، کند بودن این واکنش است. تحقیقات مختلفی برای بر طرف کـردن ایـن مشـکلات انجام پذیرفته است. مواد فعال کننده سطحی، به عنوان تسریع کننده سـینتیکی، یکـی از راهحـل هـای پذیرفتـه شـده جهـت افزایش سرعت تولید و توان ذخیره سازی گاز میباشد.[۵]

هان و همکارانش ۱ اثر سدیم دو دسیل سولفات بر روی گاز طبیعی حاوی %۹۳ متان را بررسی کردند. آن ها به ایـن نتیجـه رسید که در غلظت ۳۰۰ppm بیشینه مقدار هیدرات وجود دارد. [ ۶] سان و همکارانش ۲ اثر مواد فعال سطحی یـونی (سـدیم دودسیل سولفات) ، غیر یونی (دو دسیل پلی ساکاراید گلایکوسید ) و سیکلوپنتان بر هیدرات گازی حاوی %۹۲ متان را بررسی کردند و نتیجه گرفتند که اثر ماده فعال سطحی یونی بسیار بیشتر از غیر یونی است. [۷ ] لینک و همکـارانش ۳ در یافتنـد کـه افزودن سدیم دو دسیل سولفات باعث می شود مقدار هیدرات متان به %۹۷ مقدار تجربی خود برسد.. [۸ ] ژانگ و همکـارانش ۴ گزارش دادند که آلکیل پلی گلاکوساید، سدیم دو دسیل بنزن سولفونات و مونـو هیـدرات اگـزالات پتاسـیم سـرعت تشـکیل هیدرات گاز طبیعی و ظرفیت ذخیره سازی را افزایش می دهد. [۹ ]

هدف این مقاله بررسی اثردور هم زن، فشار اولیه و غلظت های مختلفی از مواد فعال سـطحی سـدیم دودسـیل سـولفات (SDS )، پلی اکسی اتیلن سوربیتان مونو پالمیتات((Tween-40 ودودسیل تـری متیـل آمونیـوم برمایـد (DTAB) بـر روی سرعت تشکیل هیدرات اتان در دمای۲۷۷ کلوین می باشد.

-۲ تجهیزات

آزمایشات مربوط به تشکیل هیدرات اتان در سیستمی مطابق با شکل ۱ انجام شد که شامل یک راکتور هـم زن دار به حجم ۶۰۰cm3 که برای فشارهای عملیاتی ۰ تا ۱۰۰بار طراحی شده است و فشار قابل تحمل آن ۱۲۰ بـار اسـت . سـرعت هم زدن توسط یک سیستم کنترل کننده قابل تنظیم است. دمای راکتور با چرخش مایع سرد کننده درون ژاکـت تنظـیم مـی شود. دمای مایع سرد کننده که شامل دی اتیلن گلایکول است توسط یک سیستم سرد کننده تنظیم می شود . راکتـور مجهـز به فشار سنج و دماسنج و حسگرهای مربوط به اندازه گیری فشار و دما می باشد. تغییرات دما و فشار توسط یک سیستم ثبت داده ها در هر ۲ ثانیه در سیستم جمع آوری اطلاعات ثبت می شود. همچنین سیستم مجهز به پمپ خلأ می باشد.

۱- Han et al

۲- Sun et al. 3- Link et al 4- Zhang et al

دومین همایش ملی هیدرات گازی ایران ۲۵-۲۶ اردیبهشت ۱۳۹۲، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه سمنان

شکل : ۱ تجهیزات آزمایشگاهی به کار گرفته شده درآزمایش ها

-۳ مواد مورد استفاده

-۱اتان با غلظت % ۹۹/۹۵ -۲ آب مقطر دیونیزه از شرکت بحر زلال تهران

-۳ سدیم دودسیل سولفات % ۹۹ با فرمول شیمیایی C12H25OSO2ONa از شرکت مرک آلمان

-۴ پلی اکسی اتیلن سوربیتان مونو پالمیتات با فرمول شیمیایی C22H42O6(C2H4O)n از شرکت سیگما آلدریچ -۵ دودسیل تری متیل آمونیوم برماید% ۹۷ با فرمول شیمیایی C15H34BrN از شرکت مرک آلمان

-۴روش انجام آزمایش ها

ابتدا راکتور دو مرتبه با آب مقطر دیونیزه کاملا شسـته شـد. پـس از ایجـاد خـلأ در راکتـور توسـط پمـپ خـلأ، ۱۵۰ سانتیمتر مکعب ازمحلول آبی با غلظت های مختلفی از نمونه هایی که در جدول ۱ آمـده اسـت و هـم چنـین ۳۰۰ سـانتیمتر مکعب آب خالص برای اثر فشار اولیه به راکتور تزریق شد.

بررسی اثر عوامل مختلف بر سینتیک

جدول : ۱ محلولها و نمونه های استفاده شده برای انجام آزمایش ها

ردیف نمونه ( محلول) غلظت ( ( ppm
1 آب خا لص ——-
۲ SDS 500 ppm،۳۰۰و۱۰۰۰
۳ Tween-40 500 ppm،۳۰۰و۱۰۰۰
۴ DTAB 500 ppm،۳۰۰و۱۰۰۰

پس از باز کردن شیر ورودی گاز اتان، فشار را به شرایط فشاری در زیر فشار تعادلی هیدرات رسانده تا آب از اتان اشباع شود . سپس دمای راکتور در دمای مورد نظر در هر آزمایش تنظیم می شود. هنگامی که دما به دمای مورد نظر و شرایط پایدار رسید با باز کردن شیر ورودی گاز اتان، فشار راکتور را به فشار مد نظر ( در فشار بالای تشکیل هیدرات اتـان) در هـر آزمـایش رسانده و پس از آن با به کار انداختن هم زن در سرعت مورد نظر، تغییرات دما و فشار در هر لحظه و با گذشت زمان ثبت مـی شود. در لحظه تشکیل هیدرات فشار شروع به افت ناگهانی می کند و به دلیل گرما زا بودن، دمـا مقـداری افـزایش مـی یابـد . هنگامی که فشار سیستم به فشار تعادلی رسید و برای مدتی ثابت ماند آزمایش به پایان مـی رسـد. بـرای محاسـبه مـول هـای مصرفی گاز حین تشکیل هیدرات، معادله زیر استفاده می شود: