Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Фазовое равновесие в углеводородных системах.
Вязкость, диффузия, теплопроводность относятся к кинематическим свойствам. Остальные же – к динамическим. Испарение, плавление, конденсация, выпадение твёрдых компонентов, переход в сверхтекучее состояние – всё это фазовые превращения. Фазовые превращения – скачкообразный переход вещества из одной фазы в другую. Фаза – гомогенная часть гетерогенной системы. Рассмотрим типы фазовых превращений, иначе называемых переходами или равновесиями: 1. жидкость-газ; наиболее яркими примерами такого типа фазовых переходом является дегазация нефти или граница «жидкая вода – воздух, насыщенный водой» (влажность). 2. жидкость-твёрдое тело; здесь в пример можно привести выпадение снега (для воды) или выпадение асфальто-смоло-парафиновых веществ (для нефти). Так при некоторых термодинамических условиях, в частности термобарических, если содержание парафина в нефти 25 весовых %, то АСПО (асфальто-смоло-парафиновые отложения) выпадают при температуре Тн=50°С; если содержание парафинов в нефти 6%, то Тн=30°. Обычно в Западно-Сибирских областях содержание парафиновых компонентов колеблется от 3 до 4%. Также примеров может являться и образование газовых гидратов (вода + природный газ). Структура этого явления выглядит следующим образом: вода образует ажурную решётку с полостями, внутри которых находятся метан, этан, пропан и иногда сероводород, в результате чего создаются пробки. Для их устранения в пласт нужно закачивать огромное количество горячей нефти. 3. И последний тип: «жидкость-жидкость»; Для описания этого типа может послужить суспензия – отстаивание нефти, в результате чего мы имеем два слоя нефть и воду.
Теперь рассмотрим фазовые превращения применительно к нефтяной и газовой промышленности. В пластовых условиях содержание метана может быть 25-30, а иногда и 40%. При извлечении пластовое давление снижается до нормального и происходит дегазация, в результате чего количество метана уменьшается до 5% или около того. По хроматографии количество алканов равно 22¼ 34 (по атому углерода). Нефть характеризуется фракциями, количество которых зависит от метода возгонки и колеблется от 6-8 или 20 фракций (в зависимости от температуры кипения и прочих условий).
Для расчётов применяют следующие уравнения: 1) Уравнение Ван-дер-Ваальса – (не на практике); 2) Уравнение идеального газа Менделеева-Клапейрона; 3) Уравнение Пенга-Робинсона – (не на практике); 4) Уравнение Редлих-Квонга.
С помощью этих уравнений мы можем узнать фазовый состав нефти, с точностью до 5% выявить состав и свойства фаз. Реальным уравнением в машинных программах является уравнение Пенга-Робинсона (уравнение Ван-дер-Ваальса для смесей). В химической промышленности для расчётов служат такие уравнение как UNIFAC, UNIKVAC (? ), их единственным недостатком является то, что их можно использовать до давлений в 50 атм. Были и иные уравнения, например уравнение, предложенное Брусиловским, но выше названные имеют более широкое применение.
Рассмотрим вопрос отличия фаз: Отличие жидкости от твёрдого тела в том, что твёрдое тело даёт кристалл – упорядоченную структуру. Жидкость – неупорядоченная система, имеющая «пустотные ячейки», и чем их больше, тем меньше плотность жидкости. Графическим представлением фазовых переходов являются кривые фазовых превращений. Р С
Г Т Точка Т – тройная точка, т.е. условия одновременного существования трёх фаз; Точка С – критическая точка, т.е. отображающая условия возможности существования только одной фазы. Существуют и иные графические описания: Р Т
V
Стрелка указывает на возрастание температуры. Р× v=R× Т v – молярный объём. Моль – количество вещества, характеризующее свойство вещества. Выше изображённая диаграмма не может считаться абсолютно точной, т.к. она не отображает истинных процессов, в наших системах существует метастабильное состояние. Для давлений Р=10 ат. ошибка составляет 3-5%; для давлений 10< Р< 50 ат. – ошибка равна 10%, а для давлений Р> 50 ат. – ошибка возрастает многократно.
Максвелл провёл исследования и вывел следующее правило: при дальнейшем снижении объёма система идёт по прямой линии. В областях метастабильности существуют обе фазы (и газ, и жидкость) до тех пор пока газовая фаза полностью не преобразуется в жидкую. Р
Г+Ж метастабильная область м.с.о. Г Ж V V2 V1
Существование таких понижений невозможно, поэтому процесс идёт по одной прямой.
Если в некоторой области система распадается на две фазы, то её можно рассматривать в других координатах: r Ж Ж+Г С
Г
Т
!!! Замечание ко всем моделям: критическая точка С даёт область, где точность всех известных уравнений уменьшается. (Реальный процесс идёт по красной линии).
Ткр.эксп.< Ткр.расч. Экспериментальная критическая температура меньше расчётной на 10-15°. Если же мы имеем трёхкомпонентную систему, то наша диаграмма будет выглядеть следующим образом: (приведём классический пример)
100% Н2
Ж+Г
100% СО2 100% N2 нода
На этой диаграмме иным цветом отмечена область, где система распадается на две фазы (жидкость и газ).
Лекция №14. (Часть 1)
42. Растворимость газов в нефти.
При небольших давлениях и постоянных температурах растворимость подчиняется закону Генри: Vг=a× р× Vж, где [a]=[м2/Н] – коэффициент Генри, учитывающий количество газа, растворяющегося в единице объёма жидкости при повышения давления на единицу. a=Vг/(Vж× р)
Газ при растворении проявляет специфические свойства, например кажущееся увеличение удельного объёма жидкости: v=DV/G, где v – кажущееся увеличение объёма; G – масса растворённого газа.
Смысл понятия «кажущийся удельный объём» заключается в том, что приращение объёма жидкости DV не отражает истинного объёма растворённого газа в нефти, я является результатом взаимодействия молекулярных сил растворённого газа и жидкости. В химической термодинамике величину v называют парциальным молярным объёмом. Характеристики растворимости газа в нефти выглядят следующим образом: см3/см3 этилен
СО2 СН4
N2 р, МПа
По абсциссе откладываются значения давления, по ординате – количество растворённого в нефти газа.
Растворимость газов возрастает с увеличением молекулярной массы газа. Следовательно, различные компоненты газа обладают различной растворимостью, а, значит, природный газ в природной нефти будет растворяться сложным образом. Растворимость зависит от состава и свойств нефти. Причём растворимость газов увеличивается с повышением содержания парафиновых углеводородов, а при высоком содержании ароматических углеводородов. Малорастворимые газы лучше подчиняются закону Генри, чем хорошо растворимые. На растворимость газов в нефти природа газа влияет в большей степени, чем состав нефти, хотя в сжатом газе при высоких давлениях происходит обратимое растворение компонентов нефти, что видно на выполаживании кривых растворимости хорошо растворимых газов. Коэффициент растворимости нефтяных газов изменяется в широких пределах и достигает (4-5)× 10-5 м3/(м3× Па). Углеводородные газы хуже растворяются в нефти с повышением температуры. Кроме процесса растворения, присутствует процесс выделения газа из нефти. Растворение связано с геологическими условиями, причём сам процесс происходил длительный период. А процесс выделения связан с нашей деятельностью, и он уже краткосрочен. Количество выделившегося газа зависит от выбора технологии: газ выделился и находится в контакте с нефтью (газовые шапки); газ выделился и мы его вывели из системы нефть-газ (с отводом).
Первый из названных способ дегазации получил название контактного, или одноступенчатого. Второй – дифференциального, или ступенчатого (многократного). Если процесс дифференциальный, то количество остающегося в растворённом состоянии газе в нефти больше, чем при контактном (одноступенчатом). Это связано с переходом в паровую фазу метана. Количество газа, выделившегося из нефти характеризуется кривыми дегазации. Их получают экспериментально, и для каждого месторождения существует своя кривая. см3/см3
Т°; r=соnst
a р, МПа
Коэффициентом разгазирования принято называть количество газа, выделившегося из единицы объёма нефти при снижении давления на единицу. Газ может содержаться в растворённом виде и в воде. Причём растворение в обычной воде незначительно, а в минеральной резко повышается (степень минерализации начинает значительно влиять на коэффициент Сеченова при концентрации солей, превышающей 0.5 моль/л). Процессы растворения играли важную роль при миграции углеводородов и формировании залежей. В каком-то диапазоне давлений разгазирования не происходит. Если газ разгазируется, то фазовая проницаемость нефти снижается.
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 480; Нарушение авторского права страницы