ارزیابی تجربی ذخیره‌سازی گاز طبیعی واحد NF پتروشیمی بندر امام در هیدرات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، واحد امیدیه ، دانشگاه آزاد اسلامی، امیدیه، ایران.

2 گروه مهندسی شیمی، واحد امیدیه، دانشگاه آزاد اسلامی، امیدیه، ایران

3 گروه مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

4 گروه مهندسی شیمی، واحد تهران مرکز، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

چکیده
موضوع تحقیق: تشکیل هیدرات در خطوط انتقال گاز طبیعی یکی از چالش‌های مهم عملیاتی در سامانه‌های فراورش و انتقال گاز است؛ زیرا می‌تواند موجب افت فشار، محدودیت جریان، انسداد خط لوله، توقف تولید و بروز مخاطرات ایمنی جدی شود. بااین‌وجود، تشکیل هیدرات تحت شرایط کنترل‌شده می‌تواند روشی نوین برای ذخیره‌سازی گاز باشد. در این پژوهش، شرایط ترمودینامیکی تشکیل هیدرات و ظرفیت ذخیره‌سازی گاز طبیعی در واحد NF شرکت پتروشیمی بندر امام با استفاده از نمونه‌های گاز طبیعی خطوط انتقال مورد ارزیابی تجربی و مدل‌سازی قرار گرفت.
روش تحقیق: برای این منظور، چندین همبستگی پیش‌بینی و مدل ترمودینامیکی شامل روش‌های ماکاگون، تویلر-مخاطب، هامرشیمیت و چگالی نسبی گاز بررسی و نتایج آن‌ها با خروجی نرم‌افزارهای تخصصی پیش‌بینی هیدرات شامل Hydrate Plus، CSMGem، Hydrate-Off و DWHC-HWU مقایسه شد. افزون بر این، آزمایش‌ها با روش حجم ثابت در محدوده فشار اولیه 16/1 تا 52/2 بار و دمای 266/3 تا 279/9 کلوین انجام شدند و شرایط تعادلی تشکیل هیدرات در فشار 12/4 تا 49/0 بار و دمای 4/8 تا 16/1درجه سانتی‌گراد (277/95 تا 289/25 کلوین) تعیین شد. همچنین رفتار ظرفیت ذخیره‌سازی با روش سطح پاسخ (RSM) مدل‌سازی شد.
نتایج اصلی: مقایسه مدل‌های ترمودینامیکی و نرم‌افزارهای تخصصی نشان داد که روش‌های Hydrate-Off و DWHC-HWU بالاترین دقت را در پیش‌بینی شرایط تعادلی تشکیل هیدرات برای ترکیب گاز طبیعی واحد NF دارند. نتایج تجربی حاکی از آن است که ظرفیت ذخیره‌سازی گاز طبیعی در فاز هیدرات در محدوده 29/88 تا 64/58 حجم استاندارد گاز بر حجم هیدرات (V/V) قرار دارد. بیشترین ظرفیت ذخیره‌سازی (V/V) 64/58 در بالاترین فشار اولیه آزمایشگاهی 52/2 بار و دمای 279/9 کلوین به دست آمد. تحلیل اثر متغیرها نشان داد که افزایش فشار اولیه با افزایش نیروی پیش‌ران نفوذ گاز به قفس‌های هیدراتی، ظرفیت ذخیره‌سازی را به شکل محسوسی افزایش می‌دهد؛ درحالی‌که افزایش دما با کاهش حلالیت گاز در فاز مایع و کاهش پایداری ساختار، اثر بازدارنده بر ظرفیت دارد. در نهایت، مدل رگرسیونی به‌دست‌آمده از روش سطح پاسخ (RSM) با ضریب تبیین بسیار مطلوب R2=98.34 تطابق عالی با داده‌های تجربی نشان داد و صحت پیش‌بینی ظرفیت ذخیره‌سازی را در شرایط عملیاتی اثبات کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Evaluation of Natural Gas Storage from the NF Unit of Bandar Imam Petrochemical Complex in Gas Hydrates

نویسندگان English

ali borsalani 1
Mohammad reza Amini 2
Alireza Azimi 3
Mostafa Narimani 2
Masoumeh Mirzaei 4
1 Department of Chemical Engineering , Om.C., Islamic Azad University, Omidiyeh , Iran
2 Department of Chemical Engineering, Om.C., Islamic Azad University, Omidiyeh, Iran.
3 Department of Chemical Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
4 Department of Chemical Engineering, CT.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran.
چکیده English

Research subject: Gas hydrate formation in natural gas transmission pipelines represents a critical operational challenge in gas processing and transportation systems, as it can lead to a pressure drop, flow restriction, pipeline blockage, a production shutdown, and severe safety hazards. Nevertheless, controlled gas hydrate formation can serve as a novel technology for natural gas storage. In this study, the thermodynamic conditions of hydrate formation and natural gas storage capacity were experimentally and computationally evaluated for the NF Unit of Bandar Imam Petrochemical Complex (BIPC) using natural gas samples collected from transmission pipelines.
Research approach: Several predictive correlations and thermodynamic models, including the Makogon, Towler–Mokhatab, Hammerschmidt, and gas gravity methods, were evaluated and compared against specialized hydrate prediction software, namely Hydrate Plus, CSMGem, Hydrate-Off, and DWHC-HWU. In addition, experiments were performed using the constant-volume method at initial pressures of 16.1–52.2 bar and temperatures of 266.3–279.9 K, establishing hydrate equilibrium conditions at 12.4–49.0 bar and 4.8–16.1 °C (277.95–289.25 K). The gas storage capacity behavior was further modeled using Response Surface Methodology (RSM).
Main results: Experimental and modeling results revealed that the Hydrate-Off and DWHC-HWU software tools exhibited the highest accuracy in predicting hydrate formation conditions for the studied gas composition. Experimental findings demonstrated that the natural gas storage capacity in the hydrate phase varied within the range of 29.88 to 64.58 standard gas volume per volume of hydrate (V/V), with the maximum storage capacity of 64.58 (V/V) obtained at an initial pressure of 52.2 bar and a temperature of 279.9 K. Parametric analysis indicated that increasing the initial pressure substantially enhances the storage capacity by elevating the driving force for gas penetration into hydrate cages, whereas increasing temperature exerts an inhibitory effect on capacity due to reduced gas solubility in the liquid phase and decreased structural stability. Finally, the empirical regression model derived from the Response Surface Methodology (RSM) with a desirable coefficient of determination (R2=98.34) exhibited excellent agreement with experimental data, validating the accuracy of storage capacity predictions under operational conditions.

کلیدواژه‌ها English

Natural gas hydrate
Isochoric method
Gas storage capacity
Thermodynamic modeling
Response Surface Methodology (RSM)

  • تاریخ دریافت 18 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 10 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 11 شهریور 1405
  • تاریخ اولین انتشار 01 آبان 1405
  • تاریخ انتشار 01 آبان 1405