16138

16138

پيش بيني شرايط تشكيل هيدرات گازي در محيط متخلخل با استفاده از روش رگرسيون ماشين بردار پشتيبان

كارشناسي ارشد

طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيندها

شهريور ماه 1395

شهريور ماه 1395

دكتر محمدتقي صادقي

شيمي

چكيده گاز طبيعي از منابع عظيم، پاك، ارزان و پركاربرد حال حاضر جهان به¬شمار مي¬رود و مصرف آن در سراسر جهان رو به افزايش است. مفهوم هيدرات¬هاي گازي از سال¬هاي بسيار دور به¬دليل مشكلاتي كه در صنعت فرآورش گاز طبيعي ايجاد مي¬كرده است، مورد توجه بوده است. در سال¬هاي اخير، ديدگاه¬هاي جديدي در مورد هيدرات¬هاي گاز مطرح و توسعه يافته¬اند. در دهه-هاي اخير، موضوع استخراج گاز طبيعي از هيدرات¬ها مورد توجه واقع شده است و همين مطلب سبب كشف لايه¬هاي عظيم هيدرات در لايه¬هاي منجمد اعماق اقيانوس¬ها گرديده است. ذخاير گاز طبيعي در هيدرات¬هاي گازي واقع در سرتاسر جهان در آب¬هاي عميق و در نواحي قطبي در بيش از 220 منبع هيدرات گازي بيش از 21 كاريليون متر مكعب (1015) تخمين زده شده است. به همين منظور، دانستن شرايط تعادلي تشكيل و تجزيه هيدرات به منظور برداشت هرچه بيشتر از اين منابع عظيم انرژي بسيار مهم است. از جمله كاربردهاي بسيار مهم استفاده از هيدرات¬هاي گازي در محيط¬هاي متخلخل بعد از بحث مربوط به استفاده از گاز به دام افتاده در اين ساختارها، كاربرد آن¬ها در ذخيره¬سازي گازهاي گلخانه¬اي به¬ويژه گاز دي¬اكسيدكربن است. در رساله حاضر، به بررسي امكان استفاده از روش ماشين بردار پشتيبان براي پيش¬بيني شرايط تجزيه هيدرات گازي خالص متان، اتان، پروپان و دي¬اكسيدكربن در محيط¬هاي متخلخل و رسوبات دريايي پرداخته شده است. نتايج مناسب بدست آمده از مدل¬سازي در مقايسه با مدل-هاي ترموديناميكي موجود، نشان¬دهنده كارايي ابزار ماشين بردار پشتيبان در پيش¬بيني فشار تجزيه هيدرات است. در اين مدل¬سازي، فشار تعادلي تشكيل هيدرات¬هاي متان، اتان، پروپان و دي¬اكسيدكربن به-عنوان خروجي شبكه و دماي تشكيل هيدرات به¬عنوان ورودي شبكه مورد استفاده قرار گرفته¬اند. در اينجا، تعداد 183 داده تعادلي تشكيل هيدرات گازي مورد استفاده قرار گرفته است كه 30 % داده¬ها براي ارزيابي دقت شبكه آموزش داده شده بكار گرفته شده است و با ميانگين خطاي پيش¬بيني فشار تعادلي تشكيل هيدرات متان 37/0 %، اتان 72/1 % ، پروپان 57/0% و دي-اكسيدكربن 47/2 براي قسمت آموزش و آزمون الگوريتم، نشان¬دهنده دقت و اعتبار مدل ارائه شده مي¬باشد. براي افزايش بازدهي مدل و بهينه كردن مقادير پارامترهاي مدل از الگوريتم ژنتيك استفاده شده است. واژه‌هاي كليدي: هيدرات گازي، تعادل فازي، ماشين بردار پشتيبان، محيط متخلخل، مدل-سازي

1395/09/28

Abstract: Natural gas extremely used in the world. Gas hydrate considered as a problem when it was discovered that they were clogging gas pipelines. Recently, natural gas hydrates have attracted atemtion as a source of energy. It is generally assumed that hydrates in ocean contain a huge volume of natural gas. The most widely cited estimate of global hydrate-bound gas is 21×1015 m3 at STP conditions. This huge gas hydrate reservoir is further suggested as an important component of the global carbon cycle an​d as a future energy source. 15% of the gas traped in hydrates can supply energy of required in world for 200 years. Understanding of equilibrium condition of formation an​d decomposition of gas hydrate is important to provide an energy supply assurance for the world. Clathrate hydrate also can be used as a source of saving greenhouse gases, especially carbon dioxide, release into the atmosphere. Recently, support vector machine technique has been used as a method of modeling in engineering complex systems. In this work, hydrate phase equilibria for the binaries systems such as methane+water/ice, ethane+water/ice, propane+water an​d carbon dioxide+water in porous media were predicted. Predictions of the SVM models having acceptable agreement with available experimental data prove the reliability of the SVM tool for estimation of hydrate phase equilibrium in porous media. Moreover, application of SVM technique in estimation of equilibrium pressure is examined an​d results are compared to other existing thermodynamic models proving superiority of the SVM models over conventional thermodynamic ones. In this model, the formation of methane, ethane an​d propane hydrates equilibrium pressure is used as output an​d hydrate formation temperature is used as input. Here, 183 equilibrium data of gas hydrate is used. The Genetic Algorithm (GA) is applied to obtain the optimal parameters of the model. The final results indicate the reliability of the proposed models that the absolute average deviations percentage (%AAD) of methane, ethane, propane an​d carbon dioxide respectively are 0.37, 1.72, 0.57 & 2.47. Keywords: Gas hydrate, Phase equilibria, Porous Media, Support Vector Machine, Reliable models, Modeling.