مقاله ارزیابی بازیابی دی اکسید کربن

پیش گفتار اثر گلخانهای 2 خطرات گرم شدن زمین باال آمدن سطح آب دریاها به علت ذوب برف و یخ موجود در خشکی ،موجب از بین رفتن مناطق سـاحلی مسکونی و کشاورزی و کاهش منابع آب شیرین می شـود .همچنین بارش کم تر از حـد معمول باعث کاهش تولید محصوالت کشـاورزی و آتش سـوزی در مناطـق جنگلـی می گردد. کاهـش برف و یخ کوهستانها در اروپا بر صنعت توریسم زمستانی تاثیر منفی گذاشته و درآمد این کشورها را کاهش خواهد داد .ضمنا موج گرما اثر منفی روی سالمت افراد داشته و باعث افزایش بیماریهای ناشی از گرما می شود. 3 چه کسی مقصر است؟ ⪢ تولید 75درصدی گازهای گلخانه ای در کشورهای توسعه یافته هدف ⪢ “ هـدف اتحادیه اروپا :اجازه ندهد میانگین دمـای هوا از ۲درجه سانتیگراد باالتراز میانگین دمای هوای پیش از انقالب صنعتی برسد. این مقدار در حال حاضر 76/0درجه سانتیگراد است. فواید • • • • کاهش آلودگی هوا خسارتهای جانی ناشی از آن صرفه جویی سـاالنه در حـدود ۲7میلیارد یورو از هزینه های بهداشت کاهش 11میلیارد یورو از هزینه های کنترل آلودگی هوا افزایش کار برای مشاغل مرتبط با صنایع سبز و انرژیهای تجدیدشدنی 4 پیمان کیوتو در سال ، 1۹۹0مجمع عمومی سازمان ملل متحد ،کمیته مذاکرات بین الدول ) ( INCرا برای تدوین عهدنامه سازمان ملل در مورد تغییرات آب و هوا ) ( UNFCCCتشکیل داد. براساس پیمان کیوتو که در سال 1۹۹7به تصویب رسید ،کشـورهای صنعتی متعهد شـدند که میزان انتشار گازهـای گلخانه ای خود را تا سـالهای ۲00۸ - ۲01۲بـه میزان 5٪کم تر از مقدار انتشار در سال ، 1۹۹0کاهش دهند. کشور های عضو این پیمان به سه دسته تقسیم میشوند: .i پیوست الف* :کشورهای صنعتی ،باید تولید گازهای گلخانه ای خود را کاهش دهند. “ .iiپیوست ب * :بخشی کشورهای دسته اول دارای اقتصاد قوی * دارای بیشترین سـهم تولید این گازها * باید هزینه و تکنولوژی الزم تأمین کنند .i دسته سوم * :کشورهای در حال توسعه * لزومی به کاهش تولید گازهای گلخانـه ای ندارند * می توانند محل سرمایه گذاری کشورهای دیگر باشند 6 تولید کنندگان اصلی گازهای گلخانهای 7 ساز و کار توسعه پاک )(CDM طبق پیمان کیوتو کشـورهای توسعه یافته می توانند بخشی از سهم خود را برای کاهش تولید گاز CO2بخرند .بدین ترتیب که معادل همان سهم را در کشورهای در حال توسعه در راه کاهش مصرف سوخت های فسیلی یا توسعه کاربرد انرژیهای تجدیدپذیر و مدیریت اراضی کشاورزی سرمایه گذاری کنند تا از تولید گازهای گلخانه ای آن کشور کم شود. 8 کشـورهای توسـعه یافته برای تولید دی اکسید کربن از کشورهای در حال توسـعه اعتبار می گیرند ،به این اعتبار اصطالحـاً Carbon Creditمی گویند .این اعتبار از طریق مجوز خاصی به نام CERو تحت کنترل سازمان ملل به کشـورهای در حال توسعه داده می شـود و هر کدام معادل یک تن گاز CO2است که از طریق سایت cdmbazaar. netقابل معامله میباشد. نسبت پروژه های ثبت شده CDMدرآوریل ۲00۹از کل 1613پروژه بیش از دو سوم پروژه های به ثبت رسیده تا سال ۲00۹مربوط به کشورهای آسیایی به خصوص چین و هند است 9 دیدگاههای مختلف مخالفین (از جمله آمریکا) ‏ کندی اجرای پروژه ‏ کاهش تولید ناخالص ملـی ‏ افزایش هزینه تولید برق ‏ سودآوری برای کشور های توسعه یافته ‏ باال رفتن بهای انرژی و در نتیجه افزایش قیمتها ‏ جذب سرمایه و تکنولوژی برای کشورهای در حال توسعه ‏ سیاسی بودن کمک های مالی و متمرکز بودن در تعدادی کشور خاص ‏ افزایش هزینه های تولید نفت و کاهش تقاضا برای آن و در نهایت کاهش درآمدها موافقین 10 روش جمع آوری و نگهداری گازهای گلخانه ای تولیدکنندگان عمده گاز CO2به شـکل ثابت عبارتند از: نیروگاههای برق ،کارخانه های تولید سیمان و فوالد ،پاالیشگاهها و واحدهای تولید اتانول. پس احـتـراق پیش احتراق در سوخت های گازی کاربرد دارد در نیروگاه ها متداول اسـت، گازکربنیک را پس از احتـراق سـوخت ،گاز مورد نظر اکسید شده و در نهایت به هیدروژن و CO2تبدیل می شود. از گازهای تولیدی جدا می کنـد. گازکربنیک قبل از احتراق جدا شـده و هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می گردد. مزیت :هیدروژن ،که یک سوخت پاک است ،پس از احتراق فقط آب تولید می گردد. احتراق اکسیژنی (جداسازی در حین احتراق) سـوخت (اغلب زغال سنگ) به جای آن که در مجاورت هوا بسوزد ،با اکسیژن ترکیب و سوزانده میشود .گاز حاصله که شامل بخار آب و گازکربنیک است ،پس از خنک شدن ،جریانی از گازکربنیک خالص باقی می گذارد که به راحتی قابل جداسـازی است .هزینه تامین اکسیژن مورد نیاز باالست 11 . انواع روش های جمع آوری CO2از واحد های صنعتی 12 ذخیره سـازی کربن بهتریـن گزینه :تزریق و محبـوس کردن آن در الیه های زیرین زمین این مخازن دارای امکانات تزریق و تولید هستند ،تزریـق گاز CO2در مخازن هیدروکربور، یکی از راههای افزایش بازیافت نفت و گاز نیز میباشـد .بدین ترتیب هزینه های جمـع آوری و انتقال این گاز نیز با درآمد حاصل از فروش نفت اضافی جبران می گردد. هزینه های این طرح (به ازای هرتن گاز): روش های دیگر مورد مطالعه: ⪢ 50-۲0دالر هزینه جمع آوری ⪢ ذخیره در الیه های حاوی آب شـور ⪢ 10- 1دالر هزینه انتقال ⪢ 10-۲دالر هزینه ذخیره سازی ⪢ رگه های عمیق زغال سنگ ⪢ 3-1دالر هزینه مراقبت از مخازن ⪢ جمع آوری دی اکسیدکربن در اعماق اقیانوسها ⪢ 5-3سال زمان ساخت تاسیسات و 15-10 سال تزریق گاز ⪢ در الیه های بازالتی 13 انواع روش های ذخیره سازی زیرزمینی CO2 14 ایران و کاهش گازهای گلخانه ای ایران در اجالس ریو ( .بر اساس آماری که در اولین پروژه CDM اجالس زمین ،ریودوژانیرو سال ۲007توسط بانک کشور به نام پروژه ،برزیل ) در ژوئن سال جهانی انتشار یافته ،حجم سروش و نوروز 1۹۹۲کنوانسیون تغییر آب کل گازهای در حال سوخت ( )S&Nدر این و هوا را امضا کرده و در در ایران ( بر اساس وزارت خانه در حال سال 1۹۹6رسما به های عکس روی از تخمین اجراست .هدف این عضویت آن درآمد . ماهواره ای ) ،ساالنه بیش پروژه جمع آوری و بهره پروتکل کیوتو نیز پس از از ده میلیارد متر مکعب برداری از گازهای در حال طی مراحلی در دولت ، است که موجب تولید مجلس و شورای نگهبان ، سوخت در میادین سروش حدود ۲۲میلیون تن گاز از ابتدای سال 13۸5از و نوروز است . نظر دولت ایران اجرایی تلقی می گردد . 1 ‏CO2در سال می گردد 2 3 شرکت نفت فالت قاره از طرف کشور ایران به عنوان میزبان پروژه ،و شرکت نروژی Carbon Limitsنیز به عنوان حامی پروژه حضور دارند .اعتبارسنجی پروژه توسط شرکت انگلیسی SGS ‏United Kingdom ‏Limitedدر حال حاضر تقاضای ثبت پروژه از UNFCCCبرای انجام مراحل بعدی و صدور مجوز ‏CERبه عمل آمده است . 4 دوره اعتبار در نظر گرفته شده برای این پروژه 7سال است و شروع آن از جوالی سال ۲00۹در نظر گرفته شده است عالوه بر پروژه فوق ، طرح های مختلف دیگری خارج از چارچوب CDMولی در راستای همان اهداف در حال اجرا است .برای مثال می توان به طرح آماک اشاره نمود . 5 15 شماتیک پروژه جمع آوری گازهای همراه میادین سروش و نوروز بر اساس پروژه ،قرار است 5میلیون متر مکعب استاندارد در روز گاز شیرین همراه متعلق به میدان دریایی سروش و ۲0میلیون متر مکعب متعلق به میدان دریایی نوروز که سوزانده میشود ،جمع آوری و به سکوی تقویت فشار گاز ابوذر برده شوند .سپس از طریق یک خط لوله مشترک به جزیره خارگ انتقال یافته و در آن جا به عنوان خوراک تأسیسات فرآورش ،تولید برق و پتروشیمی استفاده شود .با انجام این پروژه ساالنه از ورود ۴63هزار تن گاز CO2به جو زمین جلوگیری خواهد شد. 16 نتیجه گیری با توجه به روند کلی سیاست جهانی ،جمع آوری گازهای گلخانه ای به یکی از مهم ترین اولویت های کشورهای پیشرفته تبدیل شده است .با توجه به اتفاق بین المللی بر سر این موضوع ،شایسته است ایران نیز به تالش خود برای استفاده از وضعیت موجود افزوده و از مزایای آن بهره مند گردد .ضمن آن که با حمایت از مطالعات دانشگاهی در این زمینه نیز می توان بستر علمی الزم برای پیشرفت در جوانب مختلف قضیه را ایجاد نمود . 17 فصل اول جداسازی و ذخیره سازی ژیولوژیکی دی اکسید کربن چکیده جداسازی و ذخیره سازی ژئولوژیکی دی اکسید کربن ،یک تکنولوژی توانمند است که امکان ادامه استفاده از سوختهای فسیلی در قرن حاضر را فراهم خواهد کرد. مزایا سوخت فسیلی :نامحدود ،ارزان و در دسترس معایب سوخت فسیلی :تولید ( CO۲برای محیط زیست زیان بار) روش های جداسازی CO۲از احتراق: ‏Pre-Combustion -۱ ‏Post-Combustion -۲ ‏Oxy-Combustion -۳ روش های ذخیره سازی : CO۲مخازن نفت ،گاز و دریاچه های آب نمک در اعماق زمین مقدمه افزایش دمای زمین انقالب صنعتی افزایش غلظت CO2 ،CH ۴و N2O اصلی ترین علت افزایش فعالیت های انسان چرا؟ استفاده بی رویه از زمین جهت کشاورزی و تخریب جنگل افزایش غلظت متان و اکسید نیتروژن افزایش مصرف سوخت فسیلی افزایش غلظت CO2 مانند شیشه گلخانه :ورود گرما خروج گرما یکی از روش های کاهش آلودگی گاز های گلخانه ای تکنولوژی جداسازی و ذخیره سازی دی اکسید کربن()CCS جداسازی CO2از منابع بزرگ تولید آن و ذخیره در اعماق. -۱نمک زارهای زیر زمینی -۲اقیانوس ها  ۲-۱تکنولوژیهای جداسازی دی اکسید کربن تکنولوژی مزایا معایب “ ‏Post-Combustion قابلیت اجرا در صنایع موجود-قابلیت بازبینی کردن فرایند جریان گازی رقیق-تولید co2فشار پایین ‏Pre-Combustion تولید جریان غنی co2-تولید co2فشار باال هزینه باال-سیستم جانبی گسترده ‏Oxy-Combustion -غلظت باالی co2دودکش هزینه سیستمجداسازی هوا -بهره وری پایین -۱-۲-۱جداسازی Post-Combustion بزرگترین پتانسیل زود بازده برای کاهش آلودگی گازهای گلخانه ای روش ها: -۱استفاده از ترکیبات آمونیاک برای جذب دی اکسید کربن آمین ها با CO ۲واکنش می دهند و مواد قابل حل در آب تشکیل می دهند-آمین ها توانایی گرفتن CO ۲از جریانات با فشار نسبی پایین CO ۲را دارند -۲استفاده از یک غشا غیرالی (معدنی) استفاده از یک غشا میکروحفره غیرآلی سیلیکایی حاوی گروههای عامل آمینبرای جداسازی CO ۲از گاز دودکش نمای کلی جداسازی post - combustion نیتروژن نیرو توربین جریان سوخت ‏co2 بویلر جداسازی co2 جریان گاز دودکش جریان هوا -۲-۲-۱جداسازی Pre-Combustion هیدروژن و منواکسید کربن سوخت+اکسیژن(بخار آب) دی اکسید کربن و هیدروژن اضافی باقیمانده واکنش در راکتور تبدیل جداسازی از هیدروژن توسط غشاها یا سایر روشها جداسازی معایب :تبدیل سوخت بسیار پیچیده و هزینه بر مزایا :غلظت باالی CO۲تولیدی در راکتور تبدیل و فشار باال هر اندازه غلظت و فشار جریان حامل CO۲افزایش یابد ، به همان میزان ،اندازه و هزینه تجهیزات جداسازی هم کاهش می یابد. روش ها: -۱استفاده از یک حالل فیزیکی که به صورت انتخابی CO۲را جذب می کند بدون اینکه واکنش شیمیایی انجام شود. میزان جداسازی به حالل مورد استفاده ،فشار جرئی CO۲در جریان گاز و دمابستگی در فشارهای جزئی باال و دماهای پایین این روش بسیار مطلوب است امابدلیل دمای باالی محصوالت احتراق ،سردسازی آنها هزینه بر می باشد -۲استفاده از ماده جاذب جدید و بسیار فعال سیلیکات لیتیم ( )Li4SO4برای حذف CO ۲در دماهای باال کامال مناسب برای حذف CO۲از گازهای سنتز تولید شده در اثر تبدیلسوخت های کربنی به گاز است (زغال ،کک و گاز طبیعی). -توانایی حذف بیش از ٪ ۹۰دی اکسید کربن نمای کلی جداسازی pre - combustion نیتروژن ‏CO2 نیرو ‏H2 توربین هوا سیستم چرخشی گرمایش جداسازی co2 ‏H2 ‏CO2 اکسیژن واحد جداسازی هوا احتراق سوخت هوا -۳-۲-۱جداسازی oxy-Combustion سوخت با مخلوط اکسیژن تقریبأ خالص و گاز دودکش برگردانده شده ،سوزانده می شود(بیش از )٪ ۹۵ واحد Cryogenicجداسازی تولید اکسیژن با خلوص باال برگشت به گاز دودکش قبل از احتراق مزایا :کاهش حجم گاز دودکش و افزایش غلظت ،CO۲هزینه گرفتن کربن کم معایب :هزینه جداسازی هوا و برگشت دادن گاز دودکش راه حل :استفاده از یک غشاء سرامیکی در طول بویلر به جای واحد جداسازی هوا (هوا به داخل غشاء پمپ می شود و اکسیژن خالص با نفوذ از غشاء ،با سوخت احتراق انجام می دهد و هوای باقیمانده پس از بازیافت حرارتی به اتمسفر تخلیه می گردد) نمای کلی جداسازی oxy - combustion نیتروژن نیرو توربین ‏co2 بویلر واحد جداسازی هوا اکسیژن سوخت هوا  ۳-۱ذخیره سازی دی اکسید کربن خصوصیات مکان های ذخیره : -۱ایمنی باال -۲ارتباط کم با محیط زیست -۳تطابق با استانداردهای تکنیکی و زمین شناسی روش ها: -۱ذخیره سازی به شکل مایع یا گاز در اقیانوس -۲ذخیره سازی در اعماق زمین.  ۱-۳-۱ذخیره سازی در اقیانوس الف) تزریق CO۲به عمق باالی ۱۰۰۰متری اقیانوس ب) بدلیل شرایط دما و فشاری موجود ،دی اکسید کربن یا حل خواهد شد یا با تشکیل هیدرات برای هزاران سال ذخیره خواهد شد. معایب: تزریق مقدار کمی ، CO۲تغییرات قابل توجه PHدر منطقه تزریق اقیانوس ایجاد کرده است از این رو تزریق هزاران Gtدی اکسید کربن ،احتماال PHکل اقیانوس را تغییر دهد که برای حیات موجودات آبزی خطرناک باشد.  ۲-۳-۱ذخیره سازی در اعماق زمین مناطق قابل استفاده برای این تکنولوژی عبارتند از: •نمک زارهای عمیق (عمق های کمتر از ۸۰۰متر ) •مخازن هیدروکربنی که هنوز مورد استفاده اند. •مخازن هیدروکربنی غیر قابل استفاده •بسترهای زغالی  ۴-۱جمع بندی اجزا CCS جداسازی نو ع تکنولوژی فاز تحقیقاتی فاز توسعه مقرون به صرفه اقتصادی تحت شرایط خاص ‏Post-combustion * ‏Pre-combustion * ‏oxy-combustion * ازدیاد برداشت ذخیره ژیولوژیکی ذخیره سازی در اقیانوس * مخازن نفت و گاز * نمکزار زیرزمینی * تزریق مستقیم تجاری * فصل دوم ذخیره سازی دی اکسید کربن در بستر اقیانوس بوسیله پوشش هیدرات 1 چکیده هیدرات CO2 ⪢ ⪢ CO2مهم ترین گاز گلخانه ای ⪢ غلظت CO2در جو از ppm 270از زمان قبل از انقالب صنعتی به مقدار بیش از ppm 380در زمان کنونی رسیده است. ⪢ منابع مهم تولید کننده پاالیشگاه های تولید برق و سیستم حمل نقل ⪢ ⪢ از آب دریا و CO2مایع سنگین تر است بنابراین پایین ترین محل اقیانوس را به خود اختصاص می دهد. بصورت مایع متراکم در کف اقیانوس قرار می گیرد و گودیهای بستر آن را پر می کند. اینکه انتقال هیدرات CO2در مقایسه با انتقال ‏CO2در حالتهای مایع و جامد ،آسانتر است( .به دلیل نفوذ کمتر) بنابراین ⪢ ذخیره هیدرات CO2در بستر اقیانوس ها می تواند گزینه خوبی جهت خالصی طوالنی مدت ،از شر آلودگی CO2بود 2 1 3 دی اکسید کربن انتشار CO2سبب پدیده ی گرم شدن جهانی 1/5 oبار سنگین تر از هوا oدو راهبرد :روش وفقی و روش کم کننده oبی بو ،بی رنگ ،کمی اسیدی و احتراق ناپذیر oدر روش وفقی فرض می شود که برای زنده oمحلول آبی آن اسیدی بوده ماندن ،زندگی مردم با اثرات تغییر آب و هوا وفق خواهد کرد دی اکسید کربن به عنوان یک خطر صنعتی oدر روش کم کننده فرض بر اینست که oغلظت باال مرکز تنفس را از کار می اندازد تکنولوژی پیشرفت کرده و از گرم شدن زمین oمیزان حجمی CO2به مقدار % 25در هوا طی چند جلوگیری خواهد کرد ساعت باعث مرگ % 12 ،باعث بیهوشی % 10 ،قابل در نهایت تحمل فقط برای چند دقیقه oاین کار به دو شکل حذف CO2از oحداکثر غلظت مجاز برای کار روزانه 8ساعته5000 ، اتمسفر و اجتناب از آزادسازی CO2به ‏ppmحجمی است .این مقدار تقریبا 16برابر غلظت اتمسفر انجام می شود. طبیعی در هوا مقدمه 2 3 دفع دی اکسید کربن تکنیک های اصلی دفع CO2عبارتند از: .مخزن زیر زمینی .دفع اقیانوسی .جنگل کاری ذخیره سازی دی اکسید کربن در بستر اقیانوس بوسیله هیدرات توانایی هیدرات CO2 CO2بالفاصله بر اثر تماس باآب در شرایط دمایی پائین تر از 11درجه سانتیگراد فشار باال ،به هیدرات CO2تبدیل میشود این شرایط در بستر اقیانوس میتواند برآورده شود. دو مزیت رسوب گذاری هیدرات CO2در بستر اقیانوس : • هیدرات می تواند محتوی حجم زیادی از CO2باشد. • راه شناور سازی CO2در اقیانوس و رسیدن آن به بستر ،با خاصیت افزون بودن چگالی هیدرات CO2نسبت به آب دریا خواهد بود. نکته مهم :در غیاب مقدار کافی از فشار جزئی ،CO2هیدرات CO2به اندازه کافی پایدار نیست و به احتمال زیاد تجزیه خواهد شد .بلوکهای هیدرات باید به صورتی به اقیانوس انداخته شوند که فقط درصد کمی از co2تجزیه و مابقی به بستر برسد. نقش اصلی هیدرات در ذخیره سازی CO2 شرایط تشکیل • تماس مقداری CO2با آب (زمانی که فشار جزیی CO2به اندازه • کافی باشد) دمای زیر 11درجه سانتیگراد (دمای بستر اقیانوس در نزدیک صفر درجه) بعنوان مثال .در عمق بیش از 3000متر ،دمای بستر بین 2تا 4درجه سانتی گراد است و در این دما فشار جزئی ،CO2جهت تشکیل هیدرات پایدار ،بین 15تا bara 20خواهد بود. .در دمای بین 2تا 4درجه سانتی گراد ،فشار جزئی موثر ‏CO2مایع ،حدود bara 40-35خواهد بود .بنابراین فورا در سطح تماس آب و ،CO2تشکیل خواهد شد. ****فرآیند تجزیه آرام هیدرات ***** • چرخش های بزرگ آب اقیانوس غلظت های محلی CO2را بر سرعت تحلیل می • • برد نظر می رسد که هیدرات CO2در بستر دریا برای مدت زمان طوالنی ،نمی تواند پایدار بماند مگر اینکه آنها به اندازه کافی در زیر رسوبات مدفون و از مهاجرت CO2از درون آن جلوگیری بعمل آید. 6 هیدرات CO2خالص می تواند شامل حداقل 30درصد وزنی CO2که با آب در تعادل است ،باشد. نکته مهم :هیدرات CO2را می توان در اندازه وسیع بدون کاهش فشار و یا سردسازی موثر ،انتقال داد(.انتقالی مقرون به صرفه ترنسبت به سایرروش ها) عوامل موثر در سیر حرکت: جریانهای اقیانوس ،وسعت جریانها ،مقدار و تغییر آنها “ خط سیر حرکت هیدرات CO2در اقیانوس تا هنگام رسیدن به بستر آن . در غیاب جریان های اقیانوسی توده های نامنظم شکلی هیدرات حتی اگر در یک مسیر نامنظم ،در اقیانوس ریخته شوند سرانجام آنها در یک مخروط و به صورتی کامال منظم جای خواهند گرفت به طوری که گمان برده می شود از ابتدا ،حرکت از نوک مخروط به پایین طراحی شده است. . ریزش اتفاقی بلوکهای هیدرات به همراه تاثیرات جریان، باعث افزایش شعاع توده هیدرات در کف اقیانوس خواهد شد. 7 فرایندهای تولید هیدرات CO2 .1 ) (coastal locationبلوکهای هیدرات CO2دریک پلنت در خشکی تولید می شود و سپس انتقال با کشتی به منطقه مورد نظرو به درون آب انداخته می شود. .2 ) (Offshore locationبلوکهای هیدرات CO2در یک پلنت در خود دریا تولید می شود .سپس به درون آب انداخته می شود. زنجیره اصلی تولید هیدرات : CO2 • تولید هیدرات • انتقال هیدرات • شناور سازی هیدرات در اقیانوس (برای متد Offshore locationفقط موردهای یکم و سوم وجود دارد). 8 تولید هیدرات شرط اولیه: بهتر است :محدوده گازی CO2 بنابراین شرایط کاری راکتور باید در فشار 36 baraو دمای 2تا 8درجه سانتیگراد شود. نمودار فازی هیدرات CO2به همراه نمودار فازی CO2 محدوده مشخص شده فشار 36بار و دمای 2تا 8درجه سانتیگراد 9 تولید هیدرات ‏Coastal Location CO2در حالت گازی با شرایط 30درجه سانتیگراد و bara 10وارد پلنت می شود. فشار گاز باال و دمای آن پایین آورده می شود و با آب شیرین در دمای 2درجه و bara 36تماس داده می شود. تبدیل گاز به هیدرات در راکتور stirred Tankاتفاق می افتد .در راکتور ،آب اضافی جهت زدایش گرما مورد استفاده قرار می گیرد سپس هیدرات از فاز آبی جدا می شود .برای حمل و نقل طوالنی مدت ،هیدرات باید در شرایط meta stableباشد یعنی در فشار اتمسفریک و دمای زیر صفر درجه سانتی گراد ،بنابراین هیدرات تا دمای -11درجه فریز می شود و سپس فشار آن کاهش می یابد. در نهایت ذرات هیدرات به یکدیگر فشرده می شوند و بلوکهای هیدرات تولید می شوند و در تانکهای حمل هیدرات قرار می گیرند. ‏Offshore location ‏CO2در حالت مایع با شرایط -50درجه سانتیگراد و bara 10وارد پلنت می شود. این مایع پس از طی یک سری فرآیند به گاز تبدیل می شود، فشار آن باال برده می شود و در تماس با آب تازه در فشار 36 baraو دمای 2درجه قرار می گیرد .تبدیل گاز به هیدرات در راکتور stirred Tankاتفاق می افتد .در راکتور ،آب اضافی جهت زدایش گرما مورد استفاده قرار می گیرد. سپس هیدرات از فاز آبی جدا می شود .ذرات هیدرات به یکدیگر جهت تولید بلوکهای هیدرات ،فشرده می شود و سپس کاهش فشار داده می شود و مستقیما به اقیانوس انتقال می یابد. 10 نمودار ساده شده از فرآیند تشکیل هیدرات 11 انتقال هیدرات در متد coastal تنها درحالتی امکان پذیر است که هیدرات در شرایط meta stableقرار گیرد (یعنی فشار اتمسفر یک و دمای زیر صفر درجه سانتی گراد) هیدرات از خشک کن به یخ کننده ‏Compactor در متد offshore هیدرات از خشک کن مستقیما به Compactor اقیانوس 12 نکته های اصلی که در ارتباط با انتقال هیدرات ⪢ بارگیری موثر ⪢ مینیمم کردن نقطه ذوب هیدرات در هنگام انتقال ⪢ تخلیه موثر (زمان تخلیه باید محدود باشد ) خصوصیات مخازن جهت جابجایی ⪢ عایق بندی شده ⪢ شیب دار باشد ⪢ دارای سیستم تخلیه باشد. ⪢ دارای سیستم تخلیه گازهای تولید شده به اتمسفر 13 فرایندهای شناورسازی هیدرات • در این فرآیند تجزیه 5درصدی از هیدرات اتفاق می افتد • این تجزیه باعث کاهش در قطر بلوکهای هیدرات می گردد متد دوم چگالی : اختالف چگالی هیدرات جامد و آب 2درصد اختالف بین هیدرات مایع و آب 3درصد متد اول تجزیه هیدرات از عمق 200متری از سطح دریا آغاز می شود بنابراین به قطعات هیدرات بزرگی نیاز است تا تجزیه هیدرات را جبران نماید شماتیک فرآیند غرق شدن هیدرات 14 مقایسه دو متد هردو متد coastalو off-shoreاحتیاج به تولید بلوکهای هیدرات دارند. در متد coastalبلوکهای هیدرات برای انتقال در مسافت طوالنی ،باید فریز شوند. در متد ،off-shoreفشرده سازی در حالت هیدرات مرطوب اتفاق می افتد (هیدرات به همراه 10درصد آب اضافه)زیرا فشرده سازی هیدرات تَر امکان پذیرتر از هیدرات خشک است. متد coastalشامل بخش اضافه انتقال هیدرات نیز می باشد عالوه بر مشکل وزن زیاد تجهیزات ،off-shoreاین متد با مشکل دیگری بنام تخلیه پیوسته بلوکهای هیدرات مواجه است که این ریسک در متد coastalوجود ندارد زیرا تخلیه بلوکها در این متد ،از کشتی و به صورت غیرمداوم انجام می گیرد. مشکل دیگر متد ،off-shoreاین است که هنگام تخلیه بلوکهای هیدرات در اقیانوس ،به محض تخلیه هیدرات در آب ،گاز از آن متصاعد می شود که ممکن است خطرآفرین باشد. 15 بیرون از محدوده پایدار دمایی و فشاری، هیدرات فورا شروع به تجزیه شدن می کند با سرعتی که بستگی به انتقال حرارت از محیط اطراف دارد. تجزیه هیدرات در محدوده پایدار دما و فشار ،هیدرات به دلیل تفاوت غلظت CO2درهیدرات و آب های اطراف تجزیه می شود. بنابراین جهت جلوگیری از بروز مشکل تجزیه هیدرات ،بهتر است ابتدا هیدرات در شرایط meta-stableقرار گیرد یعنی فریز شود و پس از رسیدن به اعماق اقیانوس در زیر رسوبات مدفون شوند. 16 نتیجه گیری تحقیقات اولیه نشان می دهد پوشش هیدرات می تواند گزینه خوبی جهت خالصی طوالنی مدت از آلودگی CO2دربستر اقیانوس باشد مشروط بر اینکه سرعت تجزیه بلوکهای هیدرات در آب اقیانوس را از طریق روشهای مختلف از قبیل مدفون کردن آنها بتوان تحت کنترل درآورد. 17 فصل سوم تزریق و ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن در مخازن نفت و گاز تخلیه شده به منظور ازدیاد برداشت از مخان نفتی و حفظ محیط زیست 17 چکیده در حدود ۶۴درصد از حجم کل گازهای گلخانه ای را فقط گاز دی اکسید کربن به تنهایی تشکیل می دهد . ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن از طریق تزریق آن به مخازن نفت و گاز روش نوینحجم های عظیمی از گاز دی اکسید کربن را با تزریق آن در سازندهای حاوی آب شور و مخازن تخلیه شده نفت و گاز با وجود آنکه اکیوفرهای عمیق آب شور بزرگترین پتانسیل ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن را دارند ،به دلیل مزایای ویژه مخازن نفت و گاز تخلیه شده نسبت به اکیوفرها ،امروزه تمایل به استفاده از این مناطق جهت ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن بیشتر است مزیت :ضمن جلو گیری از انتشار گاز مهلک دی اکسید کربن در اتمسفر و کمک به حفظ محیط زیست ،می تواند باعث ازدیاد برداشت نفت از مخازن هیدروکربورنی میشود. مقدمه دی اکسید کربن مایع فقط تحت فشار خاصی تشکیل می شود ،به میزان کمی در آبحل می شود و اسید ضعیفی با عنوان اسید کربنیک تولید می کند که آن هم به طور جزئی به بی کربنات و کرینات تفکیک می شود . گاز دی اکسید کربن موجود در اتمسفر بعنوان سپر حرارتی زمین عمل می کند و با اثرگلخانه ای طبیعی مانع از سرد شدن زمین می شود . طرح های مهم جهت کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن در اتمسفر : •باال بردن میزان بازدهی و راندمان در پایگاه های مصرف انرژی •استفاده از انرژی های نوین مانند انرژی خورشیدی ،انرژی هسته ای و انرژی باد 19  ۲-۳مناطق زمین شناسی مناسب جهت ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن مهمترین مناطق و سایت های زمین شناسی : .1اکیوفرها با سفره های آبی .2مخازن نفت و گاز تخلیه شده .3حفره های انحاللی در نمک ها 21 برخی از مهمترین ویژگی های مخازن نفت و گاز تخلیه شده عبارتند از : •اطالعات بسیار مفید و قابل قبولی از آنها در دسترس می باشد . •هنگام تولید از یک چاه در یک مخزن هیدروکربونی ،تمامی تجهیزات مورد نیاز جهت بهره برداری از این چاه از جمله خطوط لوله ،تسهیالت سر چاهی ،امکانات افزایش فشار و ...در سر چاه وجود خواهند داشت که به راحتی می توان به منظور ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن در مخازن تخلیه شده نفت و گاز از آنها استفاده نمود . •چنانچه مخزن هیدروکربونی ما در مرحله ثالثیه ازدیاد برداشت قرار داشته باشد ، تزریق همین گاز دی اکسید کربن به درون مخزن با توجه به شرایط تزریق و ویژگی های آن مخزن ،می تواند موجب افزایش میزان بازیافت نفت از مخزن گردد که از نظر اقتصادی هم بسیار مفید خواهد بود. 22  ۳-۳تعیین فشار تزریق جهت ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن در مخزن و پارامترهای مؤثر بر آن می بایستی همواره حداکثر فشار مجاز برای تزریق را در نظر گرفت زیرا در صورت عدم توجهبه حدود بحرانی در فشار تزریق گاز ،لطمات انسانی و اقتصادی جبران ناپذیری را متحمل خواهیم شد به طور طبیعی چنانچه بخواهیم گاز دی اکسید کربن را به درون مخزن نفتی که در حال تولید میباشد تزریق نماییم ،فشار اولیه و طبیعی مخزن به عنوان اولین فشار تزریقی مناسب جهت تزریق گاز در نظر گرفته می شود . ابتدا فرض می کنیم که پوش سنگ مخزن سالم است و همانطور که سیاالت هیدروکربنی را درخود نگه داشته است ،گاز دی اکسید کربن را نیز در خود نگه خواهد داشت . اما در عمل به دلیل کمتر بودن کشش بین سطحی سیستم آب شور -دی اکسید کربن نسبت به سیستم آب شور -هیدروکربن ،فشار انسدادی هیدروکربن کمتر از فشار انسدادی گاز دی اکسید کربن بوده و همین عامل ممکن است باعث عبور گاز از پوش سنگ گردد . 23 از دیگر موارد قابل توجه در انتخاب فشار تزریق گاز دی اکسید کربن ،فشار شکست سنگ مخزن و یا پوش سنگ می باشد . همواره می بایستی که فشار شکست سنگ مخزن یا پوش سنگ با در نظر گرفتن یک ضریب ایمنی مناسب کمتر باشد چرا؟ زیرا در صورتی که فشار تزریق از این حد مجاز بیشتر گردد آنگاه در اثر تزریق گاز سنگ مخزن و یا پوش سنگ آن دچار شکستگی خواهند شد و همین امر موجب فرار گاز دی اکسید کربن از سازند مورد نظر به سازندهای باالیی می گردد . چنانچه فشار انسداد پوش سنگ از فشار شکست آن کوچکتر باشد آنگاه بایستی فشار انسداد پوش سنگ را به عنوان حداکثر فشار مجاز تزریق در نظر بگیریم زیرا در این حالت ممکن است گاز حتی قبل از رسیدن به فشار شکست از پوش سنگ عبور نماید و به سمت سازندهای باالیی حرکت کند . 24  ۴-۳فشار شکست پوش سنگ فشار شکست ( )Breakthrough Pressureاختالف فشاری است که از فشار موئینگی مجموعه فضاهای خالی به هم مرتبط پوش سنگ ،بیشتر بوده و در نتیجه این اختالف فشار ،فاز غیر تر کننده از میان فضاهای خالی موجود در پوش سنگ شرو ع به جریان می نماید . ‏𝛿 -کشش بین مطحی میان فاز غیر ترکننده و فاز ترکنده می باشد و به طور معمول در مخازن نفتی هنگامی که سیاالت آب ،نفت و گاز در مجاورت هم قرار می گیرند ، سیاالت نفت و گاز به عنوان فازهای غیر تر کننده و سیال آب به عنوان فاز تر کننده مطرح می شوند ‏𝛿2 = 𝑐𝑃 ‏𝜃𝑠𝑜𝑐 ‏𝑝𝑟 ‏𝑝𝑟 −شعا ع در دهانه فضای خالی ‏𝜃 −زاویه تماس ( زاویه بین خط مماس دو مرز گاز مایع و جامد -مایع ) 25  ۱-۴-۳ظرفیت انسداد پوش سنگ برای گاز دی اکسید کربن و مشکالت موجود ظرفیت انسداد پوش سنگ به بزرگی فشار شکست و یا فشار انسداد بستگی دارد. الف -هنگامی که از یک مخزن نفتی به منظور ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن استفاده می نمائیم ،در اثر تزریق گاز CO2به درون این مخزن ،این گاز جایگزین هیدروکربن اولیه موجود در مخزن شده و در قسمت فوقانی مخزن در تماس با پوش سنگ قرار می گیرد. ب -تغییرات فشار شکست به تغییرات کشش بین سطحی در سطح حد فاصل بین فازهای ترکننده و غیر ترکننده وابسته می شود کشش بین سطحی یک سیستم آب /گاز دی اکسید کربن بسیار کمتر از کشش بین سطحی یک سیستم آب /نفت و یا حتی آب /گاز می باشد که به عنوان مثال در یک مخزن گازی در ابتدای عمر مخزن در آن وجود داشته است. این پوش سنگ از ظرفیت انسداد کمتری برای به تله انداختن گاز CO2 ,برخوردار خواهد بود. ظرفیت نگهداری پوش سنگ تبخیری از سایر پوش سنگ ها باالتر است.  ۳-۵افزایش ظرفیت ذخیره سازی گاز CO2در مخازن محدودیت مخازن نفت گاز نمی توان این گاز را به هر میزان و البته با هر فشاری به درون اینگونه مخازن تزریق و ذخیره سازی نمود. ساده ترین راه های افزایش ظرفیت: هنگامی که فشار مخزن را در اثر افزایش فشار تزریق گاز دی اکسید کربن افزایش می دهیم آنگاه ظرفیت مخزن اعم از گاز حل شده در نفت و آب و همچنین گاز آزاد ،افزایش می یابد معایب:افزایش ظرفیت ذخیره سازی با این روش تا فشار مشخص و معینی امکانپذیر است(.با باالتر بردن فشار تزریق، ظرفیت مخزن افزایش می یابد اما خطر فرار گاز و ایجاد جریان در عرض پوش سنگ مخزن نیز بیشتر می شود). در آن دسته از مخازن نفتی تخلیه شده ای که در مرحله تولید ثانویه و یا ثالثیه ( مراحل افزایش میزان نفت قابل بازیافت ) قرار گرفته اند ،به طور معمول آب به داخل مخزن فرستاده می شود تا با پر کردن فضاهای خالی موجود در سنگ مخزن عالوه بر تثبیت فشار مخزن ،باقی مانده نفت موجود در مخزن را نیز جاروب نماید. 29 ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن در فاز گاز آزاد در یک متر مکعب از فضاهای خالی تابعی از فشار در دماهای مختلف به صورت انحاللی در یک متر مکعب از نفت مخزن Wyburnتابعی از فشار و در دماهای مختلف به صورت انحاللی در یک متر مکعب از آب شور مخزن Wyburnتابعی از فشار و در دماهای مختلف  ۶-۳نتیجه گیری و پیشنهادات ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ جنس پوش سنگ ها در نقاط مختلف دنیا متفاوت سنگ های تبخیری بهترین شرایط و باالترین ظرفیت مخازن نفت و گاز تخلیه شده یکی از مناسب ترین محیط ها به منظور ذخیره سازی گاز دی اکسید کربن است ،اما ظرفیت کل آن ها برای این کار محدود بوده . تزریق گاز دی اکسید کربن در مخازن نفتی و گازی تخلیه شده را می توان به عنوان روشی مناسب به منظور افزایش قابلیت تولید از مخازن هیدروکربونی در نظر گرفت. تزریق گاز دی اکسید کربن به درون مخازن هیدروکربونی باعث کاهش انتشار این گاز مهلک در اتمسفر و حفظ محیط زیست می گردد. همواره بایستی در تزریق این گاز به مخازن پارامترهای اساسی از جمله فشار تزریق را در نظر گرفت زیرا تزریق گاز دی اکسید کربن با فشار باال گاها شکست سنگ مخزن و حتی فرار مواد هیدرو کربنی درون آن می گردد. 33