Повышение точности расчета равновесия метанола

Повышение точности расчета испарения метанола в природном газе

Вопрос повышения точности предсказания фазового равновесия в системах природный газ – водные растворы метанола достаточно актуален по настоящее время, т.к. основным агентом, контролирующим гидратообразование в установках промысловой подготовки природного газа, является метанол.

В "GIBBS" для повышения точности расчета фазового равновесия в системах природный газ – водометанольный раствор используется коррекция коэффициентов парного взаимодействия для некоторых пар компонентов как функции температуры и давления.

Ранее такие корректирующие зависимости были разработаны для уравнений состояния Пенга-Робинсона (PR) и Редлиха-Квонга-Соава. Использование в качестве основного уравнения состояния уравнения Пенга-Робинсона в модификации Стрижека и Веры (PRSV) [4] позволяет существенно повысить точность описания фазового равновесия в системах природный газ – водометанольный раствор.

Корректирующая зависимость коэффициента парного взаимодействия для пары метан-вода выглядит следующим образом:

где Р,Т – давление (МПа) и температура (К).

Для пары метан – метанол коэффициент парного взаимодействия не требует коррекции в зависимости от температуры и давления и равен 0.175.

В таблицах 1 и 2 дано сравнение данных расчета испарения метанола и воды в сжатом метане с использованием корректирующих зависимостей коэффициентов парного взаимодействия для уравнения PR и PRSV.

Сравнение с экспериментальными данными показывает, что использование уравнения состояния PRSV повышает точность расчета фазового равновесия более чем вдвое и позволяет снизит относительную ошибку расчета концентраций до менее чем 5 %.

Использование уравнения состояния PRSV позволяет также более точно описать фазовое равновесие газ-жидкость-жидкость в смесях углеводородов и водометанольного раствора. Сравнение экспериментальных и расчетных данных дано в таблице 3. При этом значительно повышается точность описания состава углеводородной фазы.

Таблица 1. Испарение метанола в сжатом метане.

Давление

Темпеpатуpа

Содержание СН4О в газе, г / м3

Мпа

К

данные [1]

PR

PRSV

2

293

12.80

11.32

12.00

2

273

3.80

3.47

3.88

2

253

1.05

0.86

1.02

2

243

0.52

0.39

0.47

5

293

7.00

6.90

7.12

5

273

2.65

2.39

2.51

5

253

0.78

0.71

0.76

5

243

0.42

0.37

0.39

10

293

6.90

6.65

6.88

10

273

3.00

2.87

2.91

10

253

1.12

1.23

1.14

Ср. отн. отклонение

%

12.0%

4.5%



Таблица 2. Влагосодержание сжатого метана.

Давление

Темпеpатуpа

Влагосодеpжание, г/нм3

кГс/см2

С

данные [2]

PR

PRSV

50

-40

0.0064

0.0059

0.0062

50

0

0.135

0.137

0.136

50

60

3.6

3.86

3.72

100

-40

0.0046

0.0054

0.006

100

0

0.089

0.0852

0.085

100

60

2.08

2.07

2.16

150

-20

0.02

0.016

0.02

150

0

0.073

0.0584

0.07

150

60

1.58

1.51

1.66

Ср. отн. отклонение

%

10.1%

5.8%



Таблица 3. Равновесие газ-жидкость-жидкость в смеси углеводородов и водометанольного раствора при Р=1004 psia и Т=51.8 F (мольные доли).

Компонент

Смесь

Пар

Легкая жидкость

Водная фаза



PR

PRSV

Данные [3]

PR

PRSV

Данные [3]

PR

PRSV

Данные [3]

Methane

0.18002

0.97177

0.97184

0.97080

0.31751

0.31450

0.28320

0.00002

0.00001

0.00279

Propane

0.01560

0.02424

0.02442

0.02533

0.09969

0.09999

0.10260



0.00007

n-Heptane

0.07061

0.00297

0.00285

0.00303

0.57957

0.58355

0.61230



0.00001

H2O

0.61776

0.00025

0.00024

0.00032

0.00160

0.00028

0.00027

0.84219

0.84222

0.83980

Methanol

0.11601

0.00077

0.00065

0.00053

0.00163

0.00167

0.00162

0.15779

0.15777

0.15740

Ср. отн. отклонение

14.71%

11.74%


102.70%

4.94%


0.27%

0.26%




Литература

1. Nielsen R.B., Bucklin R.W., Why Not Use Methanol for Hydrate Control. - Hydrocarbon Process.,1983, vol. 62, No 4, pp. 71-78.

2. Robinson J.N., Wichert E., Moore R.C., Hendemann R.A., Charts Help Estimate H2O Content of Sour Gases. Oil & Gas Journ., 6, 1978, pp. 76-78.

3. Ng, H-J and C.-J. Chen, Research Report 149 Vapor-Liquid and Vapor-Liquid-Liquid Equilibria for H2S, CO2, Selected Light Hydrocarbons and a Gas Condensate in Aqueous Methanol or Ethylene Glycol Solutions, Gas Processors Association, Tulsa Oklahoma, 1995.

4. R. Stryjek, J.H. Vera. РRSV: An Imрroved Рeng-Robinson Equation of State for Рure Comрounds and Mixtures. Canadian Journ. of Chem. Eng., Vol. 64, 1986, р. 323.