Simulation of mercury distribution in natural gas processes

Garofalo, Verdiana

dc.contributor.author	Garofalo, Verdiana	en
dc.date.accessioned	2018-09-05T08:30:14Z
dc.date.available	2018-09-05T08:30:14Z
dc.date.issued	2018-09-05
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47516
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15506
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Natural gas	el
dc.subject	Mercury distribution	en
dc.subject	Thermodynamic model	en
dc.subject	Simulation	en
dc.title	Simulation of mercury distribution in natural gas processes	en
dc.title	Προσομοίωση της κατανομής του υδραργύρου σε διεργασίες επεξεργασίας φυσικού αερίου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Thermodynamics	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/818b3f4597347b0748b1c62b91d4188d897dbb07
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-06-28
heal.abstract	Mercury is a trace component that can be found in all fossil fuels and it poses a considerable risk in natural gas processes. The presence of mercury in crude oil and natural gas varies in each stage of extraction, refining and transportation process because it distributes unequally among the vapor, condensate and aqueous phase as a function of pressure and temperature. Mercury causes a wide range of problems in refineries, e.g. equipment degradation, toxic waste generation, serious health impacts and poisoning of catalysts. This is due to its toxicity and its corrosive properties. The amount of mercury in crude oil and natural gas depends on its origins. However, its concentration usually ranges from 1 to 1000 ppb. Prior to mercury removal, the knowledge of its distribution in the different phases during the separations is necessary. In un-drilled reservoirs the solubility of elemental mercury in the various phases is given by the vapor-liquid-liquid equilibrium. During the drilling process, mercury emerges on the surface with petroleum and is probably redistributed to the various phases due to temperature and pressure changes. Both the fact that mercury exists at very low concentrations in fossil fuels and can cause major accidents in the natural gas industry, leads to the need of thermodynamic models that can accurately predict the distribution of mercury. The aim of this Diploma thesis is to evaluate two widely used cubic equations of state (EoS) coupled with different expressions for attractive parameter and mixing rules, i.e. SRK-Twu EoS and UMR-PRU EoS-GE model for simulating a natural gas processing plant and compare the results obtained for mercury partitioning in various streams. To this purpose, a review of the literature was conducted about mercury, its physical and chemical properties, its species, the most common forms of mercury found in oil & gas, its partitioning in the different compounds and also the reactions in which mercury participates. Afterwards, the SRK-Twu model and the UMR-PRU one, were implemented in the simulation of a real gas processing plant, developed in UniSim and in Aspen HYSYS, in order to compare their tendency to distribute mercury in the different phases during separation. The results showed that mercury is almost equally distributed in the vapor and liquid phase with some differences between the models. In particular, it was seen that UMR-PRU predicts a higher recovery of mercury in the export gas. Finally, a sensitivity analysis was made by changing the composition of the inlet feed (mercury, water and C7+ concentration) and some operating conditions, i.e. temperature and pressure, in the first three-phase separator. Thus, the new partitioning of mercury between the different phases was checked for both thermodynamic models. In addition, since the fluid under study is a multicomponent system, the distributions of the other components in the outlet streams were also investigated.	en
heal.abstract	Ο υδράργυρος είναι συστατικό που εντοπίζεται σε ίχνη σε όλα τα ορυκτά καύσιμα και αποτελεί πηγή κινδύνου για τις διεργασίες επεξεργασίας φυσικού αερίου. Η παρουσία του υδραργύρου στο αργό πετρέλαιο και το φυσικό αέριο ποικίλει σε κάθε στάδιο της εξόρυξης, επεξεργασίας και μεταφοράς, καθώς αυτός κατανέμεται ανισομερώς ανάμεσα στην αέρια, υγρή και υδατική φάση συναρτήσει της πίεσης και της θερμοκρασίας. Ο υδράργυρος προκαλεί πολλά προβλήματα στα διυλιστήρια, π.χ. διάβρωση του εξοπλισμού, παραγωγή τοξικών αποβλήτων, σοβαρές επιπτώσεις στην υγεία και δηλητηρίαση των καταλυτών. Αυτά οφείλονται στην τοξικότητά του και τις διαβρωτικές του ιδιότητες. Η ποσότητα του υδραργύρου στο πετρέλαιο και το φυσικό αέριο εξαρτάται από την προέλευσή τους. Εντούτοις, η συγκέντρωσή του κυμαίνεται ανάμεσα σε 1 και 1000 ppb. Πριν την απομάκρυνσή του, είναι απαραίτητη η γνώση της κατανομής του στις διάφορες φάσεις κατά τους διαχωρισμούς. Σε ανεκμετάλλευτα κοιτάσματα, η διαλυτότητα του υδραργύρου στις διάφορες φάσεις είναι αυτή που υπαγορεύει η ισορροπία ατμού-υγρού-υγρού. Κατά τη διαδικασία της εξόρυξης, ο υδράργυρος έρχεται στην επιφάνεια μαζί με το πετρέλαιο και πιθανώς ανακατανέμεται στις διάφορες φάσεις λόγω των μεταβολών στην πίεση και τη θερμοκρασία. Τόσο το ότι ο υδράργυρος βρίσκεται σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις στα ορυκτά καύσιμα, όσο και το γεγονός ότι μπορεί να προκαλέσει μεγάλα ατυχήματα στη βιομηχανία του φυσικού αερίου, καθιστούν αναγκαία την ύπαρξη θερμοδυναμικών μοντέλων που να προβλέπουν με ακρίβεια την κατανομή του υδραργύρου. Ο σκοπός της παρούσας Διπλωματικής εργασίας είναι η αξιολόγηση δύο ευρέως χρησιμοποιούμενων κυβικών καταστατικών εξισώσεων (EoS) συζευγμένων με διαφορετικές εκφράσεις για τον ελκτικό παράγοντα και διαφορετικούς κανόνες ανάμειξης, και πιο αναλυτικά των SRK-Twu EoS και UMR-PRU EoS/GE μοντέλων για την προσομοίωση μιας μονάδας επεξεργασίας φυσικού αερίου και η σύγκριση των αποτελεσμάτων σχετικά με την κατανομή του υδραργύρου στα διάφορα ρεύματα. Για τον σκοπό αυτόν, έγινε επισκόπηση της βιβλιογραφίας για τον υδράργυρο, τις φυσικές και χημικές ιδιότητές του, τα είδη του, τις πιο κοινές μορφές του στο πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, την κατανομή του σε διάφορες ενώσεις και τις χημικές αντιδράσεις στις οποίες συμμετέχει. Έπειτα, τα μοντέλα SRK-Twu και UMR-PRU χρησιμοποιήθηκαν για την προσομοίωση μιας πραγματικής μονάδας επεξεργασίας φυσικού αερίου με τη βοήθεια των προγραμμάτων UniSim και Aspen HYSYS, ούτως ώστε να συγκριθεί η τάση τους σχετικά με την κατανομή του υδραργύρου στις διάφορες φάσεις κατά τους διαχωρισμούς. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο υδράργυρος κατανέμεται σχεδόν ισομερώς ανάμεσα στην αέρια και την υγρή φάση με κάποιες διαφορές ανάμεσα στα μοντέλα. Πιο συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε ότι το UMR-PRU προβλέπει μεγαλύτερη ανάκτηση υδραργύρου στο τελικό αέριο προς πώληση. Τέλος, έγινε ανάλυση ευαισθησίας αλλάζοντας τη σύσταση του ρεύματος εισόδου (υδράργυρος, νερό και κλάσμα C7+) και ορισμένες συνθήκες επεξεργασίας, δηλ. θερμοκρασία και πίεση, στον πρώτο τριφασικό διαχωριστήρα. Έτσι, ελέγχθηκε η νέα κατανομή του υδραργύρου ανάμεσα στις διάφορες φάσεις και με τα δύο θερμοδυναμικά μοντέλα. Επίσης, αφού το υπό μελέτη ρευστό είναι πολυσυστατικό μείγμα, ελέγχθηκε και η κατανομή όλων των υπόλοιπων συστατικών στα ρεύματα εξόδου.	el
heal.advisorName	Voutsas, Epaminondas	en
heal.committeeMemberName	Magoulas, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Karantonis, Antonios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	75 σ.
heal.fullTextAvailability	true