مدل سازي ترموديناميكي تعادل گاز اسيدي با آب سازندي بر پايه روش هاي تلفيقي گيبس اضافي و معادلات حالت درجه سوم

كارشناسي ارشد

عليرغم كارهاي تحقيقاتي متعددي كه در زمينه ي جذب و به دام اندازي گاز هاي اسيدي و رفتار كربن دي اكسيد در زيرسطح زمين (لايه هاي زير سطح زمين) انجام شده است، هنوز نياز به درك و تحقيقات بيشتري با هدف مجذوب كردن سياست گذاران دولتي دارد. اتخاذ فناوري به دام اندازي گاز هاي اسيدي به عنوان يكي از موثرترين ابزارها براي مقابله با تهديدهاي گرمايش زمين است. براي پي بردن به رفتار گاز هاي اسيدي در سفره هاي آب شور زير زميني بايد رفتار هاي تعادلي بين گاز اسيدي و آب هاي زير زميني مورد بررسي قرار گيرد. گاز اسيدي يك مخلوط گاز طبيعي حاوي مقادير قابل توجهي گازهاي سمي مانند سولفيد هيدروژن و كربن دي اكسيد است. گاز اسيدي معمولاً بايد در كارخانه فرآوري گاز طبيعي تصفيه شود تا ناخالصي‌هاي شيميايي حذف و گاز براي حمل و نقل درون خط لوله ، ايمن در نظر گرفته شود. پيش بيني دقيق حلاليت كربن دي اكسيد و هيدروژن سولفيد در سفره هاي آب شور براي جذب و ذخيره ي گاز اسيدي بسيار مهم است. به همين دليل يك مدل ترموديناميكي مناسب و دقيق براي پيش‌بيني رفتار فاز سيستم‌هاي آب نمك، كربن دي اكسيد و هيدروژن سولفيد در طيف وسيعي از دما، فشار و مولاليته نمك مورد نياز است. هدف اين مطالعه توسعه يك مدل ترموديناميكي مبتني بر معادله حالت مكعبي و مدل الكتروليتي براي محلول هاي الكتروليت بر اساس تعادل گاز-مايع است كه مي‌تواند رفتار فاز سيستم‌هاي آب نمك، كربن دي اكسيد و هيدروژن سولفيد را به دقت توصيف كند. معادله حالت پنگ رابينسون و مدل پيتزر براي مدل سازي سيستم تعادلي آب نمك، كربن دي اكسيد و هيدروژن سولفيد شامل گونه هاي نمكي مهم آب هاي سازندي (BrSO2,NaCl,KCl,MgCl2,CaCl2) استفاده مي شوند. اين مدل براي در نظر گرفتن اثرات گونه‌هاي مختلف نمك بر روي حلاليت كربن دي اكسيد و سولفيد هيدروژن در فاز آبي، كه مي‌تواند شرايط زمين‌شناسي معمولي را پوشش دهد، گسترش يافته است (فشار بين 0-500 بار، دما بين 273-473 كلوين و نمك بين 0-3 مولاليته). براي به دست آوردن خواص فاز گازي از معادله حالت پنگ رابينسون و براي خواص فاز مايع از مدل پيتزر استفاده شده است. مدل طراحي شده به گونه اي است كه ابتدا با استفاده از فريكسي، مدل پيتزر و معادله حالت پنگ رابينسون براي انحلال گاز ها مدل سازي شده است. سپس با استفاده از شبكه عصبي مصنوعي بين داده هاي بدست آمده از فريكسي ارتباط ايجاد كرده و مدل شبكه عصبي توسعه داده شده است. در نهايت با مقايسه بين مدل توسعه داده شده و فريكسي، دقت مدل مورد بررسي قرار گرفته است. طبق نتايج اين پژوهش مي توان گفت مدل سازي انحلال كربن دي اكسيد، هيدروژن سولفيد و گاز اسيدي درون آب خالص و آب شور يك روش بسيار كار آمد براي به دام اندازي گاز ها است. نتايج به دست آمده براي فريكسي در مقايسه با نتايج آزمايشگاهي خطاي نسبي كمتر از يك درصد در پيشبيني انحلال كربن دي اكسيد و هيدروژن سولفيد در آب شور و آب خالص نشان مي دهد. همچنين مدل سازي شبكه ي عصبي گاز كربن دي اكسيد و هيدروژن سولفيد درون آب خالص و سازندي داراي دقت قابل قبولي است. ميانگين خطاي موجود بين مدل شبكه عصبي و فريكسي در مدل سازي مول حل شده كربن دي اكسيد درون محلول برابر 0.0589 و براي هيدروژن سولفيد برابر 0.3934 درصد است. پس از انجام مدل سازي گاز اسيدي درون آب سازندي و خالص با استفاده از تعادل مايع-گاز و مقايسه نتايج به دست آمده با فريكسي خطاي نسبي به دست آمده بين 0.01 تا 1 درصد است. با توجه به نتايج به دست آمده از مدل سازي هاي انجام شده در اين پژوهش مدل شبكه عصبي توسعه داده شده قابليت خوبي در پيش بيني انحلال كربن دي اكسيد، هيدروژن سولفيد و گاز اسيدي در آب شور و آب خالص دارد.

211599

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي نفت

دكتر مهدي عصاره