کریستالهای هیدرات [1] یا هیدرات گازی[2] ، محلولهای جامدی [3] هستند که درساختمان آنها مولکولهای آب باهم پیوند هیدروژنی تشکیل داده و موجب پیدایش فضاهایی[4] خالی می شوند. دردما وفشار خاص مولکهای مختلف والبته ازنظر اندازه مناسب می توانند دراین فضاها جای گیرند وکریستال هیدرات را تولید کنند. دراین نوع کریستال ها هیچ نوع پیوند شیمیایی بین مولکولهای آب ( میزبان ) و مولکولهای گاز محبوس شده ( مهمان ) بوجود نمی آید وپایداری کریستال هیدرات تحت تأثیر پیوند هیدروژنی بین مولکولهای میزبان ونیروهای واندروالس که بین مولکولهای میزبان – مهمان بوجود می آید. قرار دارد.
آب وانواع هیدروکربورها در طبیعت به فراوانی یافت می شوند ، می دانیم که عموماً هیدروکربورها در یک محیط آبی بوجود آمده اند ودر مخازن هیدروکربوری ، آب وهیدروکربورها به حال تعادل وجود دارند. اساساً آب وهیدروکربورها غیر قابل امتزاج تلقی می گردند ولی درعمل مقدار بسیار کمی از هیدروکربن ها می توانند درآب حل می شوند. دربعضی موارد ، میزان حلالیت بقدری ناچیز است اندازه گیری مقدار آن مقدور نیست ولی همین مقدار ناچیز هیدروکربور در آب ( ویا وجود مقدار کمی آب در یک فاز هیدروکربوری) می تواند درشرایط مناسب موجب پیدایش کریستال هیدرات گردد.
تشکیل کریستالهای هیدرات در بخشهای مختلف نفت وگاز ، از قبیل حفاری ، تولید ، انتقال وفرآیندهای پایین دستی گزارش شده است . هرجا که پیدایش کریستال هیدرات موجب توقف تولید می شود تشکیل کریستال هیدرات به عنوان یک عامل منفی درمزاحم مطرح می گردد ، ولی امرزوه مخازن بزرگ هیدرات حاوی متان کشف شده اند که به عنوان منبع جدید انرژی در آینده محسوب می گردند ، گزارش ها نشان می دهند که با افزایش دمای کره زمین این کریستالها تجزیه شده وباعث آزاد شدن متان وتشدید اثر گلخانه ای می شوند. ازسوی دیگر امروزه انتقال گاز توسط کریستال هیدرات به عنوان یک روش ارزان وایمن انتقال گاز مطرح شده است. گزارش ها نشان می دهند که هر متر مکعبکریستال هیدرات می تواند 150 متر مکعب گاز در شرایط استاندارد را درحود حبس نماید.
1-2 کریستال هیدرات در صنعت نفت وگاز
به علت مشکلات ناشی از پیدایش کریستالهای هیدرات درصنعت نفت وگاز مطالعات فراوانی راجع شرایط لازم برای تشکیل هیدرات وپیش بینی آن انجام شده است.
از آنجا که آب وهیدروکربن در بخشهای مختلف این صنایع درکنار هم قرار می گیرند ودرصورت فراهم شدن شرایط مناسب ( دما وفشار لازم ) ممکن است کریستال هیدرات تولید شود. می دانیم که دراغلب اوقات گاز طبیعی که از چاه استخراج می شود از آب اشباع شده است ووقتی در جدا کننده [5] ویا سرچاه منبسط می شود ، دمایش افت می کند وممکن است کریستال هیدرات ایجاد شود. میزان آب همراه گاز طبیعی نقش مهمی در پیدایش کریستال هیدرات دارد.
البته فقط گازی هیدروکربوری نیست که می تواند کریستال هیدرات تولید کند بلکه از فاز هیدروکربوری مایع نیز بهمراه آب هم می تواند کریستال هیدرات تولید شود. وجود این کریستالها در مخازن نفتی کانادای شمالی ، آلاسکا وسیبری دیده شده است وحتی این فکر پیدا شده است که تجزیه این هیدرات موجب آزاد شدن گازهای سبک شده ، درنتیجه استخراج راحت تر نفت سنگین را موجب می شود.
برای جلوگیری ازبروز مشکلات ناشی ازایجاد کریستال هیدرات درصنعت نفت وگاز مطالعات فراونی شده که راه حل های ارائه شده بطور خلاصه عبارتند از :
الف- عاری کردن نفت وگاز از آب
ب- گرم کردن گاز به نحوی که دمای آن بالاتر ازدمای لازم برای تشکیل هیدرات دریک فشار مشخص گردد.
ج- کاهش فشار گاز به نحوی که فشار آن پایین تر از فشار لازم برای تشکیل هیدرات دریک دمای مشخص گردد.
د- تغییردادن منحنی تعادلی گاز- آب توسط افزودن موادی نظیر متانول ؛ گلایکول ویاالکترولیتها معمولاً افزودن الکترولیتها به علت تشدید خوردگی پیشنهاد نمی گردد. معمولاً درحدود پنج تا هشت درصد از کل هزینه سرمایه گذاری واحد استخراج وحمل گاز صرف ایجاد تأسیسات جلوگیری از تولید کریستال هیدرات می شود.
همچنین پیدایش کریستال هیدرات در گل های حفاری ویا حفاری کردن در لایه ای از مخزن که خود شامل کریستال هیدرات است یک مشکل جدی در حفاری بشمار می رود . برای حفاری مخازنی که حاوی کریستال هیدرات می باشند ، دانستن نحوه توزیع کریستال هیدرات در مخزن ، مقدار ، دمای مخزن ، فشار سوراخها ، تخلخل ونفوذ پذیری بسیار مهم است.
1-3- کریستال هیدرات در فرآیندهای جداسازی
دودلیل برای استفاده از هیدرات در فرآیندهای جدا سازی وجود دارد :
الف- مولکول کریستال هیدرات فقط از مولکوهای مهمان وآب وتشکیل می شود.
ب- غلظت مواد موجود در کریستال هیدرات نسبت به مواد فرق می کند.
اگرچه تنها چند نمونه از تغلیظ محلولهای آلی آبی توسط کریستال گزارش شده است ولی ثابت شده که به این فرآیند نسبت به روشهای انجماد وکریستالیزاسیون اقتصادی تراست. زیرا معمولاً نقطه تشکیل هیدرات بالاتر از نقطه انجماد آب است وبنابراین لزومی ندارد که انرژی بیشتری صرف سرد کردن محلول تا نقطه انجماد آب شود. همچنین مطالعاتی برای تغلیظ آب میوه هایی نظیر آب سیب ، آب پرتقال ، آب گوجه فرنگی توسط تشکیل هیدرات انجام شده است. امروزه بااین روش می توان حدود 80% از آب همراه آب میوه را ، از آن خارج نمود. حتیدر بعضی از کارخانه های صنعت قند بجای فرآیند تبخیر از تشکیل کریستال هیدرات برای تغلیظ شربت استفاده می شود.
1-4 کریستال هیدرات در محیط زیست
تجزیه کریستالهای هیدرات موجود در لایه های زمین می تواند اثرات منفی برروی محیط زیست داشته باشد
دانلود تحقیق درباره کریستالهای هیدرات