هالوژن­ها
هالوژن­ها، عناصر‌ستون A7 جدول تناوبی هستند. بین این عناصر، کلر و بروم تشکیل دهنده­های هیدرات شناخته­شده­ای هستند. این احتمال وجود دارد که به­علت اندازه وخواص شیمیایی، فلوئور نیز هیدرات تشکیل دهند. از لحاظ تاریخی، کلر اولین مادۀ شناخته­شده­ای بود که هیدرات تشکیل می­داد. ید، یکی دیگر از هالوژن­ها، مانند نرمال‌بوتان تنها در حضور یک تشکیل­دهندۀ هیدرات دیگر، هیدرات ایجاد می­ کند.
گازهای نجیب[۲۷]
گازهای نجیب (گروه سمت راست جدول تناوبی)، یا گازهای بی­اثر[۲۸]، شامل آرگون، کریپتون، زنون و رادون هستند که همگی هیدرات تشکیل می­ دهند. همان­طور که پیشتر نیز اشاره شد، یکی از اعضای گروه گازهای نجیب (هلیوم) هیدرات ایجاد نمی­کند. احتمال تشکیل هیدرات از طریق نئون، که گاز کوچکی است، بعید به­نظر می­رسد. این گازها به­ دلیل پایداری شیمیایی بسیار قابل توجه هستند. تنها در شرایط شدید می­توان آنها را مجبور به واکنش و تشکیل ترکیب کرد. این موضوع که این گازها هیدرات تشکیل نمی­دهند، گویای این واقعیت است که در هیدرات هیچ پیوند شیمیایی بین مولکول­های میزبان و مهمان وجود ندارد.
هوا
یکی دیگر از ترکیبات مهمی که هیدرات تشکیل می­دهد، اکسیژن است. از آنجا که نیتروژن نیز هیدرات ایجاد می­ کند، در نتیجه هوا خود تشکیل­دهندۀ هیدرات است. هم اکسیژن و هم نیتروژن در فشارهای بسیار زیاد هیدرات تشکیل می­ دهند. به­همین علت زمانی تصور می­شد که این دو ماده هیدرات ایجاد نمی­کنند.
سؤالی که در اینجا مطرح می­ شود، این است که اگر هوا می ­تواند هیدرات تشکیل دهد، آیا هیچ­کدام از “یخ­های” روی سطح زمین شامل هیدرات هوا هستند؟ پاسخ منفی است. برای اینکه هوا هیدرات تشکیل دهد، به فشار زیادی نیاز دارد. در واقع فشارهای بالا روی سطح زمین وجود ندارند.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

سایر تشکیل دهنده‌ها
دی­ اکسید­گوگرد نیز هیدرات ایجاد می­ کند. این مسئله تا حدی شگفت­انگیز است، زیرا SO2 به نسبت در آب محلول است و احتمالاً جزء محلول­ترین ترکیباتی است که هیدرات تشکیل می­ دهند. به­عنوان یک قاعدۀ کلی، گازهایی که حلالیت آنها بیشتر از SO2 است، هیدرات تشکیل نمی­دهند. مرکاپتان­های[۲۹] کوچک (متان­تیول[۳۰]، اتان­تیول[۳۱] و پروپان­تیول[۳۲]) نیز هیدرات تشکیل می­ دهند. یکی دیگر از ترکیبات جالبی که هیدرات ایجاد می­ کند، اتیلن­اکسید[۳۳] است. اتیلن­اکسید یک مادۀ شیمیایی مهم صنعتی است که به طور معمول به­عنوان مادۀ اولیه به کار می­رود. تشکیل­دهنده­های هیدرات دیگر عبارتند از: SbH3, AsH3, PH3, H2Se, N2O و ClO3F. بدیهی است که این فهرست در صنعت گاز طبیعی استفاده­ای ندارد، ولی در کل مشاهدۀ این موضوع که گروه وسیعی از مواد هیدرات تشکیل می­ دهند، موضوع جالب و قابل تأملی است.
کاربرد‌های هیدرات
استفاده صحیح این پدیده در کنار صرفه اقتصادی می‌تواند در زمان، حفظ محیط زیست، بالا بردن کیفیت فرآیندها تأثیر بسزایی داشته باشد. به نمونه چندین کاربرد صنعتی هیدرات را تشریح شده است]۱۸-۲۱[.
کریستال هیدرات در فرایند‌های جداسازی
جداسازی از طریق تشکیل هیدرات گازی یک روش جدید است. دو دلیل برای استفاده از هیدرات در فرایند‌های جداسازی وجود دارد:
۱- کریستال هیدرات فقط از مولکول‌های میهمان و آب تشکیل می‌شود.
۲- هر مولکول گازی به عنوان مولکول میهمان نمی‌تواند در ساختار کریستال‌های هیدرات قرار بگیرد و تنها مولکول‌های خاص با توجه به طبیعت شیمیایی، شکل و اندازه می‌توانند در ساختار هیدرات شرکت کنند. جداسازی اجزای یک مخلوط گازی، تغلیظ محلول‌ها و شیرین سازی آب، از سری شاخه‌های جداسازی از طریق تشکیل هیدرات گازی می‌باشند.
غنی سازی اکسیژن با بهره گرفتن از تشکیل هیدرات گازی
با بهره گرفتن از تشکیل هیدرات گازی می‌توان اکسیژن را غنی کرد. با‌توجه به این که حلالیت اکسیژن در آب از نیتروژن بیشتر است میزان سرعت تبدیل به هیدرات برای اکسیژن از هیدروژن بیشتر است از‌این‌رو با بهره گرفتن از‌ تشکیل هیدرات‌گازی می‌توان اکسیژن را از غلظت ۲۱ درصد استاندارد در هوا به مقدار ۲۸ درصد غنی کرد. در این روش، برای کاهش فشار عملیاتی مورد نیاز در جداسازی می‌توان تترا‌هیدرو فوران به‌عنوان افزودنی استفاده کرد.
تغلیظ به کمک تشکیل هیدرات
هنگامی که محلولی که قرار است تغلیظ شود در مجاورت یک جزء گازی باشد که توانایی تشکیل هیدرات را داشته باشد، تحت شرایط مناسبی از دما و فشار، هیدرات تشکیل می‌شود و به علت حضور آب در ساختار هیدرات از میزان آب محلول کاسته می‌شود و محلول مورد نظر تغلیظ می‌شود. از جمله موارد کاربرد این روش می‌توان به این موارد اشاره کرد:
– تغلیظ قهوه
– تغلیظ مایعات یونی
– تغلیظ کلرید سدیم در محلول آبی
– تغلیظ انواع مختلفی از آب میوه‌ها
هیدرات گازی و شیرین سازی آب دریا
شیرین سازی آب دریا نیز مثالی دیگر برای استفاده از تشکیل کریستال هیدرات در فرایند‌های جداسازی است. فکر شیرین سازی آب دریا با بهره گرفتن از هیدرات گازی بر این مبنا استوار است که در حین تشکیل هیدرات، نمک‌های موجود در آب‌های شور در ساختار فاز هیدرات تشکیل شده قرار نمی‌گیرند بنابراین می‌توان با جداسازی فاز هیدرات از محلول آب دریا، آب شیرین به دست آورد. از جمله مزایای این روش، مصرف بسیار کم انرژی برای این کار است. تاکنون چند فرایند مختلف برای شیرین سازی آب دریا در حد نیمه صنعتی با بهره گرفتن از تشکیل هیدرات (مخصوصاً با گاز پروپان) ابداع شده است، امّا همه آنها با مشکل جداسازی کریستال از آب شور و بازیابی گاز‌های حاصل از تجزیه هیدرات رو به رو بوده‌اند و به همین دلیل از توجیه اقتصادی خوبی برخوردار نبودند.
جدا سازی دی اکسید کربن دریایی
حدود ۶۴ درصد از اثر گاز گلخانه‌ای به خاطر انتشار گاز CO2 می‌‌باشد که بیشتر از ۶ Gt/year مربوط به فعالیت‌های برخورد بشر با طبیعت نسبت داده می‌شود. اثبات شده که اثر گلخانه‌ای برای گرم شدن زمین غیر قابل انکار می‌باشد و کاهش مقدار CO2 آزاد شده به اتمسفر یک چالش محیطی بزرگ می‌باشد. CO2 به طور جزئی می‌تواند با روش‌های گوناگونی نظیر جذب شیمیایی به وسیله آمین‌ها یا جداسازی به وسیله واسطه‌های زمین شناسی و اقیانوس‌ها جدا می‌شوند. این قبیل کار‌ها می‌توانند با آزاد کردن CO2 در آب با بهره گرفتن از فرایند تزریق به اعماق صورت گیرد. تا عمق ۴۰۰ متری آب، تزریق CO2 گازی می‌تواند با حل شدن در آب به دام بیفتد. بین ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ متری، CO2 به شکل مایع می‌تواند در اقیانوس حل شود. در مجموع، هیدرات‌های CO2 می‌تواند از عمق ۵۰۰ تا ۹۰۰ متر در آب دریا تشکیل گردد و بسته به جرم حجمی در عمق دریا ، جایی که به مدت زیادی در آن‌ جا تثبیت می‌شوند، غوطه ور یا شناور گردند. جداسازی دی اکسید کربن اخیراً در مرحله آزمایشی است و تحقیقات بیشتر در زمینه حلالیت CO2، سینتیک تشکیل هیدرات CO2 و پایداری هیدرات CO2 در حال انجام می‌باشد.
ذخیره و انتقال گاز طبیعی
این فرایند شامل سه مرحله می‌باشد:
مرحله تولید هیدرات
انتقال به مکان دیگر برای استفاده
بازیافت گاز به وسیله تجزیه ساختار هیدرات گاز

شکل ‏۱‑۱۰: دستگاه‌های تولید هیدرات گاز طبیعی ]۱۸[

شکل ‏۱‑۱۱: دستگاه‌های تجزیه هیدرات ]۱۸[

ذخیره کردن گاز در هیدرات فضای کمی اشغال می‌کند به همین دلیل رقیبی برای روش‌های مایع سازی و متراکم کردن می‌باشد. چون این گازهای خطرناک داخل شبکه یخ به دام افتاده اند از لحاظ ایمنی نیز قابل اطمینان برای حمل و نقل می‌باشند. فشار ذخیره سازی در این روش پایین تر از سایر روش‌ها بوده، زیرا هیدرات‌ها در فشار اتمسفریک و دمای پایین تر از انجماد آب (تا ۱۵- درجه سانتیگراد) تحت شرایط آدیاباتیک پایدار می‌باشند و نهایتا سرعت آزاد شدن گاز نیز کند می‌باشد.
کریستال هیدرات در محیط زیست
تجزیه کریستال‌های هیدرات موجود در لایه‌های زمین می‌تواند اثرات منفی بر روی محیط زیست داشته باشد. برای مثال، در مخازن نفتی دریایی به علت تشکیل کریستال هیدرات در اعماق زمین و جدا شدن هیدروکربن‌های سبک برای شرکت در ساختمان هیدرات، نفت سنگین دیگر به سرعت استخراج نمی‌شود و به تدریج در لایه‌های مخزن به سمت بالا می‌آید و باعث آلودگی محوطه وسیعی از کف دریا شده و خسارات جدی به محیط زیست دریا وارد می‌کند. از سوی دیگر، به علت افزایش درجه حرارت کره زمین، هیدرات‌های موجود در لایه‌های زمین به تدریج تجزیه شده و متان حبس شده را آزاد می‌کند. اثر متان در تشدید اثر گلخانه‌ای به تنهایی ۲۱ برابر دی اکسید کربن است و این روند با تجزیه مداوم هیدرات تشدید می‌شود. همچنین، اضافه کردن بازدارنده‌ها به گاز طبیعی و عدم بازیابی مؤثر آنها در نقاط مصرف از منابع مهم آلودگی محیط زیست به شمار می‌رود.
راه‌های جلوگیری از تشکیل هیدرات
فلسفه پیشگیری از هیدرات‌ها، سه سطح ایمنی است که بر اساس اولویت لیست شده اند :
پرهیز از شرایط کاری که منجر به تشکیل هیدرات‌ها می‌شوند

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...