بررسی آزمایشگاهی و مدل سازی سینتیک تشکیل کریستال h هیدرات گازی

گاز طبیعی یکی از مهمترین منابع انرژی در قرن حاضر محسوب می شود. یکی از روش-های ذخیره سازی گاز، هیدرات گازی است. سه ساختار کریستالی i، ii و h برای هیدرات شناخته شده است. هیدرات با ساختار h ظرفیت ذخیره سازی بیشتری دارد (6 مولکول گاز به ازای 34 مولکول آب) و برای ذخیره سازی بهتر از ساختارهای دیگر است. علاوه بر این ساختار h پایدارتر و فشار تشکیل آن پایین تر از دو ساختار دیگر می باشد. در این تحقیق به بررسی تأثیر فشار اولیه و نوع ماده تشکیل دهنده کریستال h هیدرات بر سینتیک تشکیل ساختار h خواهیم پرداخت. آزمایش های سینتیکی تشکیل ساختار h با ترشیوبوتیل متیل اتر (tbme)، متیل سیکلوهگزان (mch)، متیل سیکلوپنتان (mcp) و گاز کمکی متان، برای نقاطی در دماهای 15/274، 15/275، 65/275، 15/276 و 15/277 کلوین و محدوده فشار 9/54 تا 65 بار در یک ظرف حجم ثابت با نیروی محرکه 25 بار نسبت به فشار تشکیل متان برای هر یک از آزمایش ها به دست آمده است و در تمام آزمایش ها فرآیند هم دما می باشد. میزان ترشیوبوتیل متیل اتر، متیل سیکلوهگزان، متیل-سیکلوپنتان مورد استفاده در هر آزمایش10 سی سی می باشد. منحنی های ترشیوبوتیل متیل اتر یک مرحله ای می باشند و حلالیت این ماده در آب بسیار زیاد است. منحنی های متیل سیکلوهگزان و متیل سیکلوپنتان دو مرحله ای می باشند. به علت حلالیت بسیار ضعیفی که این مواد در آب دارند، ابتدا متان وارد حفرات ساختار i شده و ساختار i هیدرات با سرعت زیاد تشکیل می شود و بعد از گذشت مدت زمان طولانی غلظت این مواد به غلظت اشباع رسیده و از این لحظه می توانند وارد ساختار هیدرات شده و شروع به پر کردن حفرات ساختار h کنند. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که زمان رسیدن به تعادل برای ترشیوبوتیل متیل اتر بسیار سریع (حدود 9 برابر) و زمان رسیدن به تعادل برای متیل-سیکلوپنتان تقریباً برابر با (حدود 2/1 برابر) زمان رسیدن به تعادل متیل سیکلوهگزان است. مقدار یکسان از مواد به کار برده شده در این تحقیق از لحاظ اقتصادی هم قیمت هستند و فشار تعادلی ساختار h ترشیوبوتیل متیل اتر و متیل سیکلوپنتان برابر و کمی بالاتر از فشار تعادلی ساختار h متیل سیکلوهگزان است. بنابراین ترشیوبوتیل متیل اتر به دلیل حلالیت بیشتر و زمان رسیدن به تعادل کوتاه تر مناسب تر از دو ماده دیگر است و می توان از آن برای ذخیره سازی گاز استفاده کرد. در انتها سینتیک تشکیل هیدرات با استفاده از یک مدل سینتیکی مناسب (مسیر ترمودینامیک طبیعی) پیش بینی می شود. نتایج نشان می دهد که میان داده های آزمایشگاهی و نتایج حاصل از مدل تطابق خوبی برقرار است.