Исследование сепарационных процессов углеводородных многокомпонентных систем в режимах функционирования оборудования предварительной подготовки нефти

Abstract

Методики управления сепарацией в реологически сложных углеводородных средах, опирающиеся на современные многопараметрические модели, являются актуальными и составляют базу для получения ценной эмпирической информации о течениях многокомпонентных вязких сред. Поэтому исследования, связанные с прогнозированием явлений и закономерностей сепарации, является актуальным и практически значимым. Цель работы: выявление закономерностей процесса сепарации в углеводородных средах; рекомендации в практику прикладных расчетов компонентного состава сложных гомогенных систем в следующем диапазоне изменений термобарических условий - температуры Т=0-70 °C и давления P=50-700 кПа. Методы исследования: термодинамические модели в программном комплексе Aspen HYSYS: уравнение состояния Пенга-Робинсона, уравнение состояния Ли-Кеслера-Плокера, уравнение NRTL, полуэмпирическая модель Грейсона-Стрида; статистическая механика (метод Чепмена-Энскога); соответственные состояния (метод Голубева); теория подобия. Результаты. Проведены исследования особенностей моделирования процесса сепарации в углеводородных средах, в рамках термодинамики равновесных состояний. Обсуждены подходы к расчету фазового равновесия многокомпонентных систем. Изучены закономерности и особенности изменений состава смеси выходящего потока газа в отдельных режимах изменений поля температуры и давления, характерных для функционирования промышленных устройств. Показано, что для некоторых режимов сепарации формируются условия для немонотонного изменения состава с экстремальными значениями, которые заметно влияют на физические свойства и интенсивность обменных процессов переноса тепла и массы в многокомпонентных углеводородных средах. Произведен расчет теплофизических свойств смеси газа по различным методам, результаты которого сравнивались как с экспериментальными данными, так и с данными, полученными с помощью программного комплекса HYSYS.

The techniques of separation driving in rheologically complex hydrocarbon media, which are based on modern multiparametric models, are topical and form a basis for obtaining valuable empirical information on multicomponent viscous media flow. Therefore, the research field, related to prediction of phenomena and regularities of separation, is relevant and practically significant for design and operation of equipment for oil and gas preliminary preparation. The main aim of the study is to determine the regularities of separation in hydrocarbon media within the framework of equilibrium thermodynamics; to give recommendations for practice of applied calculations of component composition under separation of multicomponent mixture at following thermobaric conditions: the temperature is T=0-70 °C and pressure is P=50-700 kPa. The methods used in the study: thermodynamic models in HYSYS software such as Peng-Robinson equation of state, Lee-Kesler-Plocker equation of state, NRTL equation, Grayson-Streed semi-empirical model; method of statistical mechanics (Chapman-Enskog method); method of corresponding state (Golubevґs method); similarity theory. The results. The authors have studied the features of separation modeling in hydrocarbon media within the thermodynamic equilibrium and discussed the approaches to calculation of phase equilibrium in multicomponent systems. Regularities and peculiarities of changes in structure of gas mixture depending on temperature and pressure were studied. It was shown that for some separation modes there are conditions of non-monotonic change of structure with extremums that influence significantly the physical properties and intensity of exchange processes of heat and mass transfer in multicomponent hydrocarbon media. The authors calculated thermal and physical properties of gas mixture by different methods. The results were compared with the data obtained by the program Aspen HYSYS and with the experimental data.