Расчет свойств природных углеводородных смесей по уравнению состояния реального газа

Е.М. Юрьев

Расчет свойств природных углеводородных смесей по уравнению состояния реального газа

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по курсу «Газохимия» для студентов III курса, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 18.03.01 «Химическая технология», профиль подготовки «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

Издательство

Томского политехнического университета

Введение

Природные газы подчиняются уравнению состояния идеального газа только в определенном интервале температур, давления и своего состава. При утяжелении газа коэффициент сжимаемости отклоняется от 1. То же самое происходит для газов при уменьшении температуры и увеличении давления, которые часто встречаются при подготовке газа к переработке. При низких температурах коэффициент сжимаемости, как правило, повышается, а при высоких давлениях — несколько снижается. Эти эффекты наблюдаются как для природных газов, так и для воздуха, который используется как эталонный газ для расчета относительной плотности. Таким образом, наиболее близок к идеальному газу тощий газ при средних температурах и низких давлениях. Наибольшее отклонение коэффициента сжимаемости от 1 имеют жирные газы при низких температурах и высоких давлениях, т.е. вблизи условий конденсации. Для оценки коэффициента сжимаемости природных углеводородных газовых смесей, как правило, используется метод Стюарта, совмещенный с расчетом приведенных температуры и давления и использованием графика Дранчука — Абу-Кассема.

Методика оценки псевдокритических свойств газовой смеси известного состава по Стюарту.

1. Рассчитываются параметры J и K.

Для каждого из присутствующих в составе газа веществ рассчитываются следующие величины:

, (1)

где — мольная доля i-го вещества; — критическая температура i-го вещества, К; — критическое давление i-го вещества, бар.

(2)

(3)

2. Поправка на содержание тяжелых углеводородов.

Если в газе присутствуют углеводороды С₇₊ в значительных количествах (более 0, 05 % об.), то необходимо делать поправки к величинам J и K. Последовательность расчетов поправок следующая:

1. По уравнению Уитсона определяется температура кипения фракции С₇₊:

, (4)

где — температура кипения фракции С₇₊, К; — кажущаяся молекулярная масса фракции С₇₊, г/моль; — относительная плотность фракции С₇₊, отнесенная к плотности воды при 15, 56 °С.

2. По уравнениям Ли-Кесслера определяются псевдокритические параметры фракции С₇₊:

Псевдокритическое давление фракции С₇₊ (бар):

(5)

Псевдокритическая температура фракции С₇₊ (К):

(6)

3. По методу Саттона рассчитываются поправочные коэффициенты для учета высокомолекулярных компонентов:

(7)

(8)

(9)

3. Расчет псевдокритических температуры и давления:

При необходимости делается поправка на содержание фракции С₇₊:

; (10)

(11)

Рассчитываются псевдокритическая температура (К) и давление (бар) по следующим формулам:

(12)

(13)

Поправка на псевдокритические свойства с учетом сероводорода и углекислого газа

При наличии CO₂ и H₂S, или любого из этих газов по отдельности, в псевдокритические параметры, вычисленные по методу Стюарта, необходимо внести поправку. Для этого используется зависимость Вичерта и Азиза. Последовательность расчетов в этом случае следующая:

(14)

(15)

[К] (16)

И, наконец, скорректированные псевдокритическая температура (К) и давление (бар):

(17)

(18)

Как правило, данную поправку вводят, если содержание любого из газов CO₂ и H₂S превышает 0, 05 % об. А допустимая область применения данной методики:

Расчет кажущейся молярной массы газовой смеси

Кажущаяся (средняя) молярная масса смеси М (г/моль) рассчитывается по правилу аддитивности:

(23)

где М_i — молярная масса i-го вещества, г/моль;

Расчет мольного объема газовой смеси

Мольный объем (м³/моль) реального газа может быть рассчитан по общему виду уравнения состояния реального газа:

(26)

(27)

В уравнение состояния реального газа давление подставляется в Па.

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт природных ресурсов

Направление подготовки 18.03.01 «Химическая технология», профиль подготовки «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

Кафедра химической технологии топлива и химической кибернетики

Исходные данные к работе