مقدمه

هیدرات گازی ترکیبات کریستالی جامدی هستند که شبیه برف یا یخ بوده و فرمول عمومی آنها به صورت M.n H2O می باشد که M نشان دهنده ملکول تشکیل دهنده هیدرات و عدد n عدد هیدرات می باشد.برای نمونه در حالتی از هیـدرات متان ۸ ملکول متان توسط ۴۶ ملکول آب پوشیده می شود.[۱]

شناخت پدیده تشکیل هیدرات به سالهای ابتدایی قرن نوزدهم میلادی باز می گردد.همفری دیوی اولین نفری بود که در سال ۱۸۱۰ میلادی در هنگام آزمایش سرد کردن یک محلول آبی اشباع کلر در دمای ۹ درجه سیلسیوس متوجه تشـکیل هیدرات گاز کلر شد.[۲] بعد از آن هییدرات ها در مخزن های بزرگ در یخبندان دایمی زیر اقیانوس ها کشف شدند.این اعتقاد وجود دارد که سرتاسر جهان ، کربن موجود در هیدرات ها دو برابر آنها در مخازن دیگر می باشد.[۳]

در سالهای اخیر توجه تحقیقات به سمت کاهش سرعت فرایند تشکیل هیدرات با استفاده از بازدارنـده هـا و شـناخت سینیتیک آنها معطوف شده است. بازدانده های سینتیکی و ضد کلوخه عموما مواد پلیمری هستند کـه دارای خـواص کـاهش دهندگی کشش سطحی می باشند و در مقادیر کمتر از % ۱ وزنی استفاده می شوند.مکانیسم بازدارندگی این گونـه مـواد بـه صورت جذب بر روی سطح فعال کریستال هیدرات و تغییر خصوصیات رشد هیدرات می باشند.باز دارنده ها معمولا به داخـل فرآیند تزریق می شوند تا بتوانند از طریق شکستن پیوند های هیدروژنی هیدرات و یا از طریق رقابت با ملکولهای مهمـان در برابر آب ، تشکیل هیدرات را کنترل کنند.

-۲ بازدارنده های ترمودینامیکی

مطالعه روی بازدارنده های ترمودینامیکی بسیار وسیع می باشد. که مهمترین آنها شامل متانل ، منو اتیل گلایکل ، دی اتیل گلیکل و برخی از الکترولیت ها می باشد.ملکول های بازدارنده یا یونها با ملکولهـای آب واکـنش داده و سـاختار تعـادلی ترمودینامیکی ملکولهای آب را تغییر می دهد.
بعضی از فرمولها برای محاسبه دما در بازدارنده به این صورت می باشد.

۷ ( ۱)

که ∆T مقدار کاهش دما در تشکیل هیدرات ، k ثابت مخصوص هر بازدارنده ، M جرم ملکولی بازدارنـده و x غلظـت جرمی بازدارنده می باشد.

مقدار K موجود[۴] در این رابطه برای محاسبه کاهش دما برای بعضی از باز دارنده ها در جدول (۱) آورده شده است.

جدول :۱ مقادیر K برای بعضی از بازدارنده ها

k بازدارنده

۱۲۲۸ M ethanol, ethanol, cymene, ammonia

۱۲۲۰
۲۱۹۵ Sodium chloride

Glycol, propyl

۲۴۲۵ Sulphonal

رابطه (۱) برای بازدارنده هایی که قبلا مورد آزمایش قرار گرفته اند و k مشخص دارند کارایی دارد به همـین دلیـل از رابطه((۲ پیرون۱ برای کاهش دمای تشکیل هیدرات استفاده می شود.

۱ pieron

دومین همایش ملی هیدرات گازی ایران ۲۵-۲۶ اردیبهشت ۱۳۹۲، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه سمنان
(۲)
= ∆

که در آن مول جزئی محلول غیر الکترولیت رقیق ، T0 دمای تشکیل هیدرات بدون حظور بازدارنده بر حسب K،
∆ متوسط گرمای تشکیل یک مول هیدرات با n مول آب درT0 بر حسبj/mol ، R مقدار ثابت گازها ۱/۹۸ ، n مـول آب و
∆ مقدار کاهش دما بر حسبK می باشد.

-۳ بخش تجربی

با استفاده از داده های موجود در مقاله [۵] که بر روی گاز طبیعی انجام شد داده های تجربی از طریق راکتوری شامل شش بخش استخراج شد و مقادیر خام برای ورود به شبکه عصبی انتخاب شدند. داده ها شـامل دو بازدارنـده در غظـت هـای مختلف می باشد.

جدول :۲ مقادیر دما و فشار برای بازدارنده متانل

خط لوله%۲۰ متانول خط لوله%۱۰ متانول خط لوله۰ % متانول

فشار(( Mpa دما((C فشار(( Mpa دما((C فشار(( Mpa دما((C
9.86E-01 -1.25E+01 9.86E-01 -6.25 1.0141 2.3451
1.1549 -1.12E+01 1.0986 -5.0885 1.2113 3.5841
1.4085 -9.115 1.2394 -3.7721 1.493 5.2102
1.662 -7.1018 1.3521 -2.4558 1.8873 7.3009
1.8873 -5.3208 1.493 -1.1394 2.2535 9.2367
2.0563 -4.1593 1.6056 9.96E-02 2.5352 1.04E+01

۲٫۲۵۳۵ -۲٫۸۴۲۹ ۱٫۷۷۴۶ ۱٫۴۹۳۴ ۲٫۸۱۶۹ ۱٫۱۵E+01
2.5352 -9.07E-01 2.0282 3.2743 3.0704 1.23E+01
2.9577 1.1836 2.3099 4.7456 3.4085 1.34E+01

۳٫۱۸۳۱ ۲٫۱۱۲۸ ۲٫۴۵۰۷ ۵٫۲۸۷۶ ۳٫۷۴۶۵ ۱٫۴۳E+01
3.4085 2.8872 2.6761 6.1394 4.1972 1.53E+01
3.8028 3.8938 3.0141 6.7588 4.6197 1.62E+01
4.1408 4.5907 3.4366 7.6106 5.1549 1.71E+01
4.6479 5.5199 3.8028 8.4624 5.6056 1.78E+01
5.1831 6.1394 4.3099 9.469 6.1972 1.85E+01
5.6901 6.6814 4.7324 1.03E+01 6.8451 1.94E+01
6.1408 7.0686 5.4085 1.14E+01 7.4085 1.99E+01
6.7042 7.6106 6.0563 1.23E+01 7.9437 2.04E+01
7.5211 8.4624 6.6197 1.29E+01 8.4507 2.07E+01
8 9.0819 7.2676 1.34E+01 9.0141 2.09E+01
8.5915 9.6239 8 1.41E+01
8.9859 1.00E+01 8.5352 1.45E+01
9.0141 1.48E+01

پیش بینی اثر دو بازدارنده ی متانل وگلایکل

جدول :۳ مقادیر دما و فشار برای بازدارنده گلایکل

خط لوله%۱۰ گلایکل خط لوله%۲۰ گلایکل خط لوله% ۰ گلایکل
فشار(
( Mpa دما((C فشار(( Mpa دما((C فشار(( Mpa دما((C
1.0141 -1.41E+01 1.0141 -6.0465 9.30E-01 2.4419
1.1549 -1.28E+01 1.1549 -4.8837 1.1549 3.8372
1.3521 -1.13E+01 1.3239 -3.3721 1.3803 5.2326
1.6338 -9.186 1.7183 -3.49E-01 1.7746 7.5581

۱٫۸۳۱ -۷٫۵۵۸۱ ۲ ۱٫۵۱۱۶ ۲٫۱۱۲۷ ۹٫۱۸۶
۲٫۱۱۲۷ -۵٫۴۶۵۱ ۲٫۳۶۶۲ ۳٫۷۲۰۹ ۲٫۴۲۲۵ ۱٫۰۳E+01
2.3662 -3.7209 2.7606 5.5814 2.7606 1.14E+01
2.6479 -2.093 3.0704 6.6279 3.1831 1.24E+01
2.9859 -4.65E-01 3.4648 7.6744 3.4648 1.30E+01
3.4648 1.0465 3.9155 8.6047 3.8592 1.38E+01
3.8592 1.9767 4.3944 9.3023 4.3662 1.48E+01
4.3099 2.4419 4.8169 9.6512 4.8732 1.57E+01
4.7042 2.7907 5.3521 1.01E+01 5.3239 1.66E+01
5.2394 3.0233 5.9155 1.07E+01 5.7746 1.76E+01
5.6901 3.2558 6.5352 1.13E+01 6.3944 1.84E+01
6.2535 3.4884 7.1549 1.19E+01 6.8732 1.88E+01
6.7042 3.8372 7.6056 1.23E+01 7.4648 1.95E+01
7.2394 4.0698 8.1408 1.29E+01 8.1127 2.00E+01
7.6901 4.4186 8.6479 1.35E+01 8.5915 2.00E+01
8.2254 4.6512 9.0423 1.40E+01 8.9577 2.00E+01
8.5915 4.7674
9.0141 4.8837

-۴ تحلیل با شبکه عصبی

داده های جدول(۲و(۳ به عنوان داده های آموزشی برای شبکه عصبی انتخاب شدند و از دو شبکه یکی برای متانـل و دیگری برای گلایکل استفاده شد.که ۶۵ داده برای متانل و ۵۲ داده برای گلایکل انتخاب گردید. شبکه های مذکور شـامل ۲ لایه می باشند که مقدار R2 برای آنها طبق شکل((۲ و شکل((۳ نزدیک به یک می باشد.