در این مقاله عملکرد چندین مدل مختلف ارایه شده توسط محققین در زمینه پیش بینی شرایط تعادلی تشکیل هیدرات گازی مورد مقایسه قرار گرفته است. مدل های مذکور عبارتند از: مدل به کار رفته در نرم افزار CSMHYD (تهیه شده توسط تیم تحت سرپرستی دکتر اسلون)، مدل به کار رفته در نرم افزار HYSYS، مدل چن - جو و نیز مدل ارایه شده توسط آندرسون و همکاران. بر خلاف مدل چن - جو، مابقی مدل های مورد مقایسه بر پایه مدل واندروالس - پلاتو توسعه یافته اند. به منظور بررسی صحت عملکرد و میزان دقت مدل های فوق، از داده های تجربی موجود در مقالات استفاده شده است. در بیان میزان خطا نیز از درصد انحراف میانگین مطلق فشار استفاده گردیده است. مقایسه نتایج حاصله با داده های تجربی نشان می دهد که کمترین و بیشترین میزان خطا به ترتیب حاصل از مدل اندرسون و مدل استفاده شده در نرم افزار HYSYS می باشند. سپس در مرحله بعد مدل آندرسون به منظور پیش بینی شرایط تشکیل هیدرات در حضور pTSA تصحیح گردیده و با داده های تجربی مورد مقایسه قرار گرفته است. همخوانی قابل قبولی مابین داده های تجربی و نتایج حاصله از مدل مذکور مشاهده گردید.

در این تحقیق، شرایط تعادلی و نوع ساختار هیدرات گازی متان در حضور ماده بهبود دهنده ترمودینامیکی اکسید پروپیلن مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعه انجام شده بر پایه روشی از ترمودینامیک آماری موسوم به واندروالس و پلاتیو می باشد. با اعمال اصلاحات لازم بر مدل فوق برای تعیین ضرایب فعالیت و فوگاسیته اجزای موجود در تعادل، مدلی با دقت بالا و با قابلیت تخمین شرایط تعادلی تشکیل هیدرات در حضور مواد بهبوددهنده توسعه داده شد. پیش بینی شرایط تعادلی تشکیل هیدرات متان در حضور اکسید پروپیلن برای ساختارهای SII و SH، نتایج متفاوتی در شرایط دما و فشار تعادلی تشکیل هیدرات ایجاد نموده است، به گونه ای که مدل بر مبنای ساختار SH انطباق بالایی با داده های آزمایشگاهی دارد.

هیدرات های گازی در واقع مواد پیچیده غیر استوکیومتری از آب و گاز هستند که تحت شرایط خاصی، ساختار های شبکه ای آب تشکیل و در بین این شبکه ها حفراتی ایجاد می شوند در صورتی که تمام یا بخشی از این حفره ها با مولکول های گاز اشغال شود، ساختار هیدراتی تشکیل می شود. تعیین شرایط تعادل ترمودینامیکی تشکیل هیدرات بسیار زمان بر است. در این مقاله یک روش سریع برای تعیین شرایط تعادلی هیدرات گاز متان ارایه شده است. آزمایش ها با گاز متان به خلوص 97.37 درصد و آب مقطر در یک سامانه واکنشگاهی فشار بالا PARR انجام شد. در این روش پس از گرم کردن مخلوط آب و متان تا دمای 40 درجه سلسیوس، فشار تعادلی تشکیل هیدرات در دمای 4، 5، 6، 8 و 10 درجه سلسیوس به ترتیب 598، 651، 727، 909 و 1053psia به دست آمد. داده های فشار تعادلی تکرار پذیر در این روش بررسی شد. مقایسه نتیجه های به دست آمده از این روش با نتیجه های تجربی Frost و Deaton و نیز با نتیجه های به دست آمده از پیش بینی رابطه تصحیح HWU و نرم افزار CSMHYD و همچنین با پیش بینی رابطه Kamath نشان داد که تطابق خیلی خوب بین آن ها وجود دارد. میانگین قدر مطلق اختلاف فشارها برای تمامی دماهای تعادلی در مقایسه با نتیجه های رابطه تصحیح HWU و نرم افزار CSMHYD به ترتیب %7.86 و %5.24 به دست آمد.

هدف اصلی از انجام این تحقیق، به دست آوردن نموار تعادلی تشکیل فاز هیدرات در دماها و فشارهای متفاوت با استفاده از سل آزمایشگاهی تحت فشار مرئی می باشد. برای انجام این کار، نخست آنالیز کاملی از سیال مخزن هیدروکربوری مورد مطالعه به دست آمد. سپس با استفاده از نرم افزار تجارتی پیش بینی تشکیل هیدرات، تخمین مناسبی از شرایط تشکیل هیدرات در فشارها و دماهای متفاوت به دست آمد. از طرف دیگر با انجام آزمایش درون سل آزمایشگاهی مرئی، در حقیقت شرایط تشکیل هیدرات در فشارها و دماهای متفاوت به طور آزمایشگاهی اندازه گیری شد. در پایان، نتیجه های آزمایشگاهی و نرم افزاری شرایط تشکیل هیدرات با یکدیگر مقایسه شد. نتیجه به دست آمده، هم پوشانی و مطابقت داده های آزمایشگاهی به دست آمده با نتیجه های نرم افزاری بود.

در این پژوهش، داده های تعادلی جدیدی برای تشکیل هیدرات در مجاورت محلول 20 درصد وزنی متانول در آب برای گاز کربن دی اکسید و مخلوط هایی از گازهای متان و کربن دی اکسید با استفاده از روش حجم ثابت به دست آمده است. این داده ها در گستره دمایی بین 264.7 تا 270.7 کلوین و گستره فشار بین 1.47 تا 3.16 مگا پاسکال برای گاز کربن دی اکسید و برای مخلوط های کربن دی اکسید و متان در گستره دمایی 262.9 تا 273.7 کلوین و گستره فشار بین 1.37 تا 5.1 مگا پاسکال هستند. داده های به دست آمده در این کار، برای کربن دی اکسید در مجاورت محلول 20 درصد وزنی متانول با داده های موجود در منابع سازگاری خوبی ندارد، ولی سازگاری مدل های ترمودینامیکی با داده های به دست آمده در این کار خوب است. برای مدل سازی شرایط تشکیل هیدرات از معادله حالت پنگ ـ رابینسون (PR EOS) و قوانین اختلاط (Wong - Sandler) WS برای به دست آوردن فوگاسیته اجزا در فاز گاز و فعالیت آب در فاز مایع، و برای فاز هیدرات نیز از مدل وان دروالس ـ پلاتیو (vdW-P) استفاده شده است. مقایسه بین نتیجه های مدل سازی با داده های آزمایشگاهی به دست آمده سازگاری خوبی را نشان می دهد.