Ανάπτυξη μεθόδου χαρακτηρισμού του βαρέως C7+ κλάσματος μιγμάτων φυσικού αερίου

Abstract

Η ακριβής πρόρρηση της ισορροπίας φάσεων είναι ιδιαίτερα σημαντική για τον αποτελεσματικό σχεδιασμό και την ομαλή λειτουργία των εγκαταστάσεων παραγωγής, επεξεργασίας και μεταφοράς του φυσικού αερίου. Η φύση των μιγμάτων αυτών, τα οποία αποτελούνται από ποικίλο αριθμό συστατικών διαφορετικών χημικών οικογενειών, καθιστά απαραίτητη τη χρήση κάποιας μεθοδολογίας χαρακτηρισμού του βαρέως κλάσματος, το οποίο καλείται ως C7+, καθώς συνήθως είναι δυνατός ο ακριβής προσδιορισμός μόνο του ελαφρύτερου τμήματος, δηλαδή των συστατικών μέχρι το κανονικό εξάνιο.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη μίας εύχρηστης και αξιόπιστης μεθόδου χαρακτηρισμού του βαρέως κλάσματος μιγμάτων φυσικού αερίου. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού πραγματοποιήθηκε μελέτη ενός συνόλου τριαντατεσσάρων (34) τέτοιων μιγμάτων φυσικού αερίου για τα οποία υπάρχουν διαθέσιμα χρωματογραφικά δεδομένα. Αναπτύχθηκαν τρεις εναλλακτικές μέθοδοι χαρακτηρισμού (μέθοδος 1, μέθοδος 2 και μέθοδος 3), η ανάπτυξη των οποίων βασίστηκε στη συγκέντρωση και τη συχνότητα εμφάνισης ορισμένων βασικών συστατικών του κλάσματος αυτού. Οι μέθοδοι αυτοί αξιολογήθηκαν με βάση τα αποτελέσματα της πρόρρησης των σημείων δρόσου όταν συνδυάστηκαν με ένα EoS-GE μοντέλο, το UMR-PRU.

Η μία από τις μεθόδους που αναπτύχθηκαν στα πλαίσια αυτής της εργασίας οδήγησε σε ικανοποιητικά αποτελέσματα, τα οποία ήταν και καλύτερα συγκριτικά με εκείνα των άλλων δύο εναλλακτικών μεθόδων χαρακτηρισμού, οπότε και μελετήθηκε περαιτέρω. Έτσι, στο επόμενο στάδιο, διερευνήθηκε η επίδραση του βαρύτερου C10+ κλάσματος στην πρόρρηση της ισορροπίας φάσεων. Τέλος, ελέγχθηκε η εφαρμοσιμότητα και η αξιοπιστία της μεθόδου αυτής, όταν η τελευταία συνδυάστηκε με ένα άλλο θερμοδυναμικό μοντέλο, την καταστατική εξίσωση Soave-Redlich-Kwong (SRK), με μηδενικούς συντελεστές αλληλεπίδρασης (kij). Με αυτόν τον τρόπο, αποδείχθηκε ότι η μέθοδος που προτάθηκε αποτελεί μία απλή, αξιόπιστη και ακριβή μέθοδο χαρακτηρισμού του βαρέως C7+ κλάσματος μιγμάτων φυσικού αερίου.

The accurate prediction of the phase envelope of natural gas systems is very important for the effective design and operation of processing, transportation and production of such mixtures. Natural gas is a complex mixture, which includes various components belonging to more than one family. As a result, only the lighter fraction, up to n-hexane, is usually completely determined by gas chromatography, while for the characterization of the heavy C7+ fraction various methods have been proposed in the literature.

The aim of this work is the development of a simple and accurate characterization method for the heavy fraction of natural gas systems. In order to accomplice this objective, thirty four (34) natural gas systems for which detailed gas chromatograpic data were available, were studied and three alternative characterization methods (method 1, method 2 and method 3) were proposed. Their development was based on the systematic study of the gas chromatographic data, which defined the most common characteristic compounds with respect to their occurrence and concentration in the C7+ fraction. These methods were evaluated with respect to their accuracy in the prediction of the dew points for the corresponding systems, coupled with an EoS-GE model, UMR-PRU.

One of the methods was proved to lead to satisfactory and better dew point prediction results as compared to those of the other two methods and it was further studied. The effect of the C10+ fraction was also examined. Finally, the method’s consistency was evaluated as well by coupling it with another thermodynamic model, the Soave-Redlich-Kwong (SRK) equation of state with zero kij’s. It was proved that the proposed method is a simple, reliable, consistent and accurate characterization method for natural gas systems.