Μοντελοποίηση τριφασικής ισορροπίας στερεού - υγρού - αερίου ασύμμετρων δυαδικών μιγμάτων μεθανίου με βαριά κ-αλκάνια

Σαμοΐλη, Βαρβάρα; Samoili, Varvara

dc.contributor.author	Σαμοΐλη, Βαρβάρα	el
dc.contributor.author	Samoili, Varvara	en
dc.date.accessioned	2017-12-20T12:25:15Z
dc.date.available	2017-12-20T12:25:15Z
dc.date.issued	2017-12-20
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46143
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14896
dc.rights	Default License
dc.subject	Μεθάνιο	el
dc.subject	Αλκάνια	el
dc.subject	Μίγματα	el
dc.subject	Στερεοποίηση	el
dc.subject	Ισορροπία φάσεων	el
dc.subject	Methane	en
dc.subject	Alkanes	en
dc.subject	Mixtures	en
dc.subject	Phase equilibrium	en
dc.subject	Solidification	en
dc.title	Μοντελοποίηση τριφασικής ισορροπίας στερεού - υγρού - αερίου ασύμμετρων δυαδικών μιγμάτων μεθανίου με βαριά κ-αλκάνια	el
dc.title	Equation of state modeling of solid - liquid - gas equilibrium of asymmetric binary mixtures of methane with heavy n-alkanes	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Thermodynamics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-06-26
heal.abstract	Η πρόοδος και η ανάπτυξη που έχουν σημειωθεί τα τελευταία χρόνια στον τομέα της τεχνολογίας εξόρυξης πετρελαίου έχουν καταστήσει δυνατή την εκμετάλλευση βαθύτερων κοιτασμάτων προς παραγωγή υδρογονανθράκων. Τα κοιτάσματα αυτά βρίσκονται σε μεγάλα βάθη και παρουσιάζουν εκτεταμένες διαφορές όσον αφορά την πίεση, τη θερμοκρασία και τη σύσταση σε σχέση με τα πιο επιφανειακά, καθώς χαρακτηρίζονται, εν γένει, από υψηλές τιμές θερμοκρασίας και πίεσης. Η θερμοκρασία τους ποικίλλει από 150 έως 260oC και η πίεση από 70 έως 200MPa, ενώ η σύσταση παρουσιάζει σε πολλές περιπτώσεις υψηλή ασυμμετρία. Το γραμμομοριακό κλάσμα του μεθανίου μπορεί να φτάσει το 0.6, ενώ εμφανίζονται και κανονικά αλκάνια (κ-αλκάνια) που απαρτίζονται από μακριές ανθρακικές αλυσίδες. Λόγω της αυτής της ασυμμετρίας στο μίγμα, κατά την παραγωγή πετρελαίου αυξάνεται η πιθανότητα εμφάνισης στερεών φάσεων. Τέτοιες στερεές φάσεις μπορούν να εμφανιστούν και σε διεργασίες που συμμετέχουν στην παραγωγή πετρελαίου και φυσικού αερίου, οι οποίες διεξάγονται υπό κρυογενείς συνθήκες. Τα μίγματα φυσικού αερίου περιέχουν μικρές ποσότητες υδρογονανθράκων που αποτελούνται από μεγάλες ανθρακικές αλυσίδες, λόγω των σχετικά υψηλών θερμοκρασιών τήξης τους, οι οποίες μπορούν να σχηματίσουν στερεά υπολείμματα σε εναλλάκτες θερμότητας, σωληνώσεις και βαλβίδες με κίνδυνο βλαβών ή και εμφράξεων στον μηχανολογικό εξοπλισμό. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, είναι ευνόητη η απαίτηση ύπαρξης θερμοδυναμικών μοντέλων στερεάς και ρευστής φάσης που μπορούν να προβλέψουν με ακρίβεια τη θερμοδυναμική ισορροπία στερεού – ρευστού, στον σχεδιασμό και τη λειτουργία διεργασιών που περιλαμβάνουν μίγματα ελαφρών με βαρείς υδρογονάνθρακες. Η πρόκληση στην ανάπτυξη τέτοιων μοντέλων σχετίζεται με την επιλογή και τον συνδυασμό επιμέρους μοντέλων για την κάθε φάση, τα οποία να είναι ακριβή αλλά και υπολογιστικά αποδοτικά τόσο για καθαρά συστατικά όσο και για μίγματα. Στην παρούσα εργασία, επιχειρήθηκε η σύζευξη ενός μοντέλου στερεάς φάσης που έχει προταθεί από τους Seiler et al. με κυβικές καταστατικές εξισώσεις (Peng – Robinson, Soave – Redlich – Kwong) αλλά και με την καταστατική εξίσωση Perturbed Chain – Statistical Associating Fluid Theory (PC-SAFT), οι οποίες χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των ιδιοτήτων του ρευστού. Το μοντέλο στερεάς φάσης βασίζεται στη μέθοδο θερμοδυναμικής ολοκλήρωσης και χρησιμοποιεί πειραματικά μετρημένες (ή υπολογισμένες με ακρίβεια) φυσικοχημικές ιδιότητες καθαρών συστατικών για τον υπολογισμό της ισορροπίας στερεού – ρευστού. Ακόμη, ως μοντέλο στερεάς φάσης χρησιμοποιείται μια τροποποιημένη εκδοχή του μοντέλου θερμοδυναμικής ολοκλήρωσης για να εξεταστεί η απόδοσή του στα περισσότερο ασύμμετρα συστήματα και κυρίως στην περιοχή υψηλών πιέσεων, όπου η ακρίβεια του συμβατικού μοντέλου φθίνει. Τέλος, δεδομένου ότι στα πιο ασύμμετρα συστήματα που μελετώνται εμφανίζεται το φαινόμενο μετάπτωσης στερεού – στερεού, επιχειρείται η ενσωμάτωση στο μοντέλο στερεάς φάσης του όρου της ενθαλπίας μετάπτωσης στερεού – στερεού, για να εξεταστεί η επιρροή της στην ακρίβεια του μοντέλου. Τα επιμέρους μοντέλα στερεού – ρευστού αξιολογήθηκαν σε σύγκριση με πειραματικά δεδομένα δυαδικών μιγμάτων μεθανίου με κ-αλκάνια σε συνθήκες ισορροπίας στερεού – υγρού – αερίου. Καθώς η ασυμμετρία του δυαδικού μίγματος αυξάνεται, η ικανότητα πρόβλεψης και συσχέτισης των συνδυασμένων μοντέλων ποικίλλει σημαντικά.	el
heal.abstract	The significant progress and development of the drilling technology has made possible the exploitation of deep, high temperature, high pressure oil reservoirs for hydrocarbon production. These wells are located in great depths and they differ significantly from those which are not deep buried with respect to the conditions of temperature, pressure and composition. The temperature of these reservoirs can vary from 150 to 260 oC and the pressure from 70 to 200 MPa, while the fluid composition can vary substantially. The mole fraction of methane can reach up to 0.6, while long chain n-alkanes are present. Because of this asymmetric nature of the mixture, precipitation of solids can occur during the production of the petroleum fluid. Moreover, oil and gas processes that are performed under cryogenic conditions involve the risk of solid phase precipitations. Usually, small amounts of long chain hydrocarbons are present in natural gas mixtures and, because of their relatively high melting temperatures, there are potential risks of solid formation in heat exchangers, pipes and valves which may result in equipment damage and blockage. Taking all of the above into account, it is easily understood that solid and fluid phase thermodynamic models that can accurately predict the solid – fluid equilibria (SFE), are necessary for the design and operation of processes that involve mixtures of light with heavy hydrocarbons. The SFE of mixtures can be predicted by a variety of methods. The challenge in developing a solid-fluid (SF) model lies on selecting and combining models for each phase which are both accurate and computationally efficient for pure compounds but also for mixtures. In this work, a solid-phase thermodynamic model proposed by Seiler et al. is coupled with cubic (SRK, PR) as well as the Perturbed Chain – Statistical Associating Fluid Theory (PC-SAFT) equation of state (EoS) to account for fluid properties. The solid-phase model is based on a thermodynamic integration method and uses experimentally measured (or accurately calculated) pure component caloric and physical properties to calculate the SFE. Furthermore, a modified version of the aforementioned solid phase model is used in order to evaluate its performance in the prediction of the three-phase equilibrium curve of asymmetric methane – n-alkane systems, especially at high pressures, where the accuracy of the original solid model starts to decline. Finally, taking into account the solid – solid transition phenomenon which occurs in such systems, the enthalpy of solid – solid transition is included in the modified model in order to evaluate its influence in the model’s accuracy. The models are validated against experimental data for binary mixtures of methane with n-alkanes at solid – liquid – gas equilibrium (SLGE) conditions. The predictive and correlative capabilities of each combined model vary substantially, as the asymmetry of the binary mixture increases.	en
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.advisorName	Οικονόμου, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Σταθερόπουλος, Μιλτιάδης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	88 σ.
heal.fullTextAvailability	true