Ανάπτυξη μεθόδων χαρακτηρισμού του βαρέως κλάσματος φυσικού αερίου

Αναστασίου, Χαρίτος; Anastasiou, Charitos

dc.contributor.author	Αναστασίου, Χαρίτος	el
dc.contributor.author	Anastasiou, Charitos	en
dc.date.accessioned	2019-05-09T10:01:44Z
dc.date.available	2019-05-09T10:01:44Z
dc.date.issued	2019-05-09
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48667
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16627
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	Χαρακτηρισμός	el
dc.subject	Συμπύκνωμα αερίου	el
dc.subject	Βαρύ κλάσμα	el
dc.subject	Υπολειμματικό κλάσμα	el
dc.subject	Φυσικό αέριο	el
dc.subject	Characterization	en
dc.subject	Gas condensate	en
dc.subject	Heavy fraction	en
dc.subject	Plus fraction	en
dc.subject	Natural gas	en
dc.title	Ανάπτυξη μεθόδων χαρακτηρισμού του βαρέως κλάσματος φυσικού αερίου	el
dc.title	Development of characterization methods for the natural gas plus fraction	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χαρακτηρισμός βαρεώς κλάσματος φυσικού αερίου	el
heal.classification	Characterization of natural gas plus fraction	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-05
heal.abstract	Το 60% σχεδόν των παγκόσμιων ενεργειακών αναγκών καλύπτονται από μείγματα υδρογονανθράκων πετρελαίου και αερίου, με το φυσικό αέριο να συνιστά τον μόνο ορυκτό πόρο με αύξηση του μεριδίου κατανάλωσής του. Το σύνολο των υδρογονανθράκων ενός πετρελαϊκού ρευστού με μόρια βαρύτερα από το κανονικό εξάνιο, συμβατικά με επτά και πάνω άνθρακες στο μόριό τους, ορίζεται ως βαρύ υπολειμματικού κλάσμα ή C7+ κλάσμα. Το μεγάλο μοριακό βάρος, καθώς και η σημαντική πυκνότητα του συνολικού κλάσματος και των μορίων που το απαρτίζουν επηρεάζουν σημαντικά την φυσικοχημική και θερμοδυναμική συμπεριφορά του συνολικού μείγματος, ο κατάλληλος χαρακτηρισμός του υπολείμματος συνιστά απαραίτητη προϋπόθεση για την ακριβή μοντελοποίηση του. Η σύσταση εξάλλου του C7+ ποικίλει σημαντικά, από 97-98% σε βαριά μαύρα πετρέλαια, μέχρι και κάτω του 1% σε πολύ ελαφρά αέρια. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η αξιολόγηση και ανάπτυξη μεθόδων χαρακτηρισμού του C7+ κλάσματος συμπυκνωμάτων αερίου. Οι μέθοδοι χαρακτηρισμού διακρίνονται στον διαχωρισμό ή splitting, κατά τον οποίο και το βαρύ κλάσμα σπάει σε επιμέρους υποκλάσματα ή ομάδες μοναδικού αριθμού ατόμων άνθρακα (SCN ή splits), στον υπολογισμό των θερμοφυσικών ιδιοτήτων (Tc, Pc, ω) του κάθε υποκλάσματος και τέλος στην ομαδοποίηση ή lumping των υποκλασμάτων σε μεγαλύτερες ομάδες ή ψευδοσυστατικά (MCN ή lumps) των οποίων οι ιδιότητες υπολογίζονται μέσα από την σύνθεση των SCN που τα απαρτίζουν. Η εργασία ξεκίνησε με την βιβλιογραφική αναζήτηση διάφορων μεθόδων χαρακτηρισμού. Εξ αυτών επελέγησαν οι Pedersen, Modified Katz ή ModKatz, Ahmed ’84 και Ahmed ’85. Πέραν αυτών αναπτύχθηκε και μία νέα προτεινόμενη μέθοδος, η Ahmed ’84 Mod ή AhmedMod, παραλλαγή της Ahmed ’84. Το πρώτο υπολογιστικό στάδιο ήταν η ανάλυση σύστασης διάφορων πετρελαϊκών ρευστών, για την οποία βρέθηκαν τα σφάλματα και οι αποκλίσεις μεταξύ των πειραματικών συστάσεων, σε σχέση με των υπολογισμένων. Τα πετρελαϊκά ρευστά που εντοπίστηκαν στην βιβλιογραφία ήταν μεγάλου εύρους συστάσεων και ιδιοτήτων, από αργά πετρέλαια, έως πολύ ελαφρά φυσικά αέρια. Με κριτήριο αυτά επιλέχθηκαν οι επικρατέστερες μέθοδοι Pedersen και AhmedMod, βάσει κυρίως των μέσων τους σφαλμάτων και της εικόνας των διαγραμμάτων τους. Ακολούθως οι δύο μέθοδοι χαρακτηρισμού συνδυάστηκαν με δύο μεθόδους εύρεσης θερμοφυσικών ιδιοτήτων, την Retzekas και την Twu. Στο δεύτερο αυτό στάδιο ένα σύνολο πραγματικών συμπυκνωμάτων αερίου προερχόμενα πάλι από την βιβλιογραφία, αξιοποιήθηκαν ώστε να σχεδιαστούν τα διαγράμματα φάσεων για τα τέσσερα ζεύγη Pedersen-Retzekas, Pedersen-Twu, AhmedMod-Retzekas και AhmedMod-Twu. Από την σύγκριση πάλι των αποκλίσεων των υπολογισμένων καμπύλων, με τα πειραματικά σημεία, βρέθηκε το ζεύγος Pedersen-Twu να έχει το μικρότερο συνολικό σφάλμα και να συνιστά ως εκ τούτου την καλύτερη μέθοδο, αφού δοκιμάστηκε σε μεγάλο εύρος μειγμάτων και στην μεγαλύτερη ακρίβεια που προσφέρουν τα 80 υποκλάσματα. Παρατηρήθηκε δε ένα εξαιρετικά έντονο σφάλμα στα ελαφρύτερα αέρια, καθώς και το σφάλμα να φθίνει προοδευτικά όσο το γινόμενο μοριακού βάρους και σύστασης του C7+ αύξανε. Ακολούθησε το τρίτο στάδιο, η εξέταση των παραπάνω ζευγών πρώτα για 40 κι έπειτα για 12 ψευδοσυστατικά. Στα 40 ψευδοσυστατικά τα σφάλματα ήταν γενικώς μεγαλύτερα, με την Pedersen-Twu που έχοντας ελαφρά μικρότερο σφάλμα, συνέχιζε νακυριαρχεί επί των άλλων μεθόδων. Η μεγάλη διαφορά φάνηκε στα 12 ψευδοσυστατικά, αφού αυτή την φορά οι μεγάλες αποκλίσεις στα ελαφρύτερα αέρια μειώθηκαν κατά πολύ και η Pedersen-Retzekas παρουσίασε την καλύτερη συμπεριφορά. Αντίθετα μεταξύ των 80 και των 40 κλασμάτων παρατηρήθηκαν μικρές αποκλίσεις, συχνά δε τα διαγράμματα φάσεων ταυτίζονταν. Τα διαγράμματα φάσεων εμφάνιζαν γενικά μικρότερο εύρος όσο μειωνόταν ο αριθμός των ψευδοσυστατικών, με ορισμένες όμως εξαιρέσεις ιδιαίτερα στην εφαρμογή της μεθόδου AhmedMod. Ως εκ τούτου ακριβέστερη μέθοδος χαρακτηρισμού στο κομμάτι των συμπυκνωμάτων αερίου φαίνεται να είναι η Pedersen, με μέσα σφάλματα της τάξης του 8-20%. Η AhmedMod παρουσίασε αρκετά καλή συμπεριφορά σε βαρύτερα συμπυκνώματα, έχοντας όμως υψηλά μέσα σφάλματα, κυρίως λόγω της αποτυχίας της στα πολύ ελαφρά μείγματα. Επί των μεθόδων εύρεσης ιδιοτήτων, η Twu κυριαρχεί, κάνοντας καλύτερη σχετικά πρόρρηση στα ελαφρύτερα αέρια από ότι η Retzekas. Το δε ζεύγος Pedersen-Twu είχε τέλος την σταθερότερη κατανομή σφαλμάτων, παρουσιάζοντας την καλύτερη συμπεριφορά στα ελαφρύτερα αέρια	el
heal.abstract	Nearly 60% of the world’s energy consumption is covered by the oil and gas Industry and currently natural gas is the only fossil fuel with a positive growth rate. Hydrocarbons with 7 or more carbon atoms consist the residual C7+ fraction. The high molecular weight, along with the high destiny values of the plus fraction have a great influence in the behavior of the fluid. For this reason, accurate characterization methods of the plus fraction are required for thermodynamic modeling and more specifically the prediction of phase equilibrium. There is a big range of C7+ fraction value, from 97-98% for oils to lower than 1% for natural gases. The main focus of this work is the development and evaluation of characterization methods for the C7+ fraction of gas condensates. Characterization methods comprise three steps, splitting, assigning physical properties and lumping. Splitting is the first step that concerns the splitting of the fraction into a number of single carbon numbers (SCN) splits. Each split is afterwards assigned thermophysical properties (Tc, Pc, ω), according to suitable correlations. Last but not least, lumping is responsible for the reduction of the number of pseudo-components, by grouping some of the SCNs in larger multiple carbon number (MCN) lumps. Four splitting schemes were used on this work; Pedersen, Modified Katz or Modified Katz, Ahmed ’84, and Ahmed ’85. Another method was also examined, which is a modification of the Ahmed method, referred to as AhmedMod, and is introduced in this work. These methods were tested against the predictions of the compositional analysis into SCN fractions, which was the first computational stage of this work. Several reservoir or petroleum fluids compositions were assembled from the literature, ranging from heavy oils to light gases. Pedersen and AhmedMod were selected for evaluation in the rest of the work. The two characterization schemes were coupled with two different methods for the calculation of thermophysical properties, those proposed by Retzekas and Twu. In the second part of this work, the four couples of Pedersen-Retzekas, Pedersen-Twu, AhmedMod-Retzekas, and AhmedMod-Twu, were evaluated in the prediction of the phase envelopes of real gas condensate mixtures taken from the literature. The thermodynamic model used for the calculation of phase equilibria was UMR-PRU. The coupling of Pedersen scheme with the Twu method for physical properties is found the most accurate. In addition to this, light gases yielded higher deviations than heavier ones. Last but not least, the effect of the lumping procedure was examined. The SCN fractions were lumped into 40 and 12 pseudo-components. For the 40 pseudocomponents Pedersen-Twu was again the best coupling, similarly to the splitting procedure. At 12 pseudocomponents however, the overall deviations were usually smaller, especially for the light mixtures, while the splitting scheme of Pedersen with the critical properties of Retzekas yields the best overall deviations, with Pedersen-Twu following closely. To conclude, the more accurate splitting scheme was the one of Pedersen, with overall deviations ranging from 8% to 20% and the physical properties estimated by the equations of Twu were found more accurate. The coupling of Pedersen splitting scheme and the method of Twu for physical property predictions was found to be superior to the rest of the methods.	el
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
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	60 σ.
heal.fullTextAvailability	true