Диссертация (1172966), страница 20
Текст из файла (страница 20)
С этойцелью были выбраны две четырехкомпонентных смеси, у одной из которыхнаблюдаетсяобразованиетрехфазнойсистемы,состоящейиздвухнесмешивающихся жидких фаз и газовой фазы, а у другой – нет. Первая из нихсодержит 0,2 мольных доли азота, 0,2 метана, 0,1 этана и 0,5 пропана (состав1480,2:0,2:0,1:0,5). Другая содержит 0,2 мольных доли азота, 0,5 метана, 0,2 этана и0,1 пропана (состав 0,2:0,5:0,2:0,1).
Для этих смесей были рассчитаныкоэффициенты фазового равновесия при давлении 3, 5 и 7 МПа. На рисунке 2.38представлена зависимость коэффициентов фазового равновесия компонентовсмеси от температуры для первой смеси, на рисунке 2.39 – для второй.Рисунок 2.38 – Зависимость коэффициентов фазового равновесия азота, метана,этана и пропана от температуры для смеси состава 0,2:0,2:0,1:0,5 и давлений 3МПа (сплошные линии), 5 МПа (пунктирные линии) и 7 МПа (точечные линии)(Источник: составлено автором)149Рисунок 2.39 – Зависимость коэффициентов фазового равновесия азота, метана,этана и пропана от температуры для смеси состава 0,2:0,5:0,2:0,1 и давлений 3МПа (сплошные линии), 5 МПа (пунктирные линии) и 7 МПа (точечные линии)(Источник: составлено автором)Результаты проведенных нами исследований зависимости коэффициентовфазовогоравновесияотихсостава,температурыидавлениячетырехкомпонентных систем, как и в случае двух- и трехкомпонентных систем,указывают на распределение компонентов между фазами и целесообразностьучета данного изменения состава систем при разработке технологическихпроцессов производства СПГ.Так, например, частичная взаимная растворимость компонентов бинарныхсмесейазотасуглеводородамиоказываетвлияниенарастворимостьмногокомпонентных смесей, в состав которых входят пары азот-этан, азотпропан, азот-н-бутан и азот-изобутан.
Это свойство может быть использовано для150разработки процессов выделения азота из природного газа, так как прирасслоении одна из жидких фаз содержит азот в мольной концентрации от 0,92 до0,97.При проектировании и модернизации процессов производства СПГнеобходимо учитывать присутствие в газовой смеси азота и его влияние насостояние равновесия системы, а также рассматривать и учитывать образование иусловия равновесия трехфазной системы, что часто вызывает отклоненияреальных термодинамических параметров системы от расчетных.Более подробное применение термодинамических основ для моделированияи оптимизации процессов подготовки природного газа и его сжиженияпредставлено в главе 3 при разработке и оптимизации технологических процессовпроизводства СПГ.151ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2Проанализированы современные уравнения состояния реальных газов1.и их смесей для определения их фазового состояния и состава, среди которыхуравненияВан-дер-Ваальса,Бенедикта-Вебба-Рубина,модифицированноеСтарлингом, Исмаилзаде и Рошанфекра, Шмидта-Венцеля , Соаве-РедлихаКвонга, Пенга-Робинсона, включая модификацию Пенга-Робинсона-СтрижекаВеры.
Отмечено, что в настоящее время не существует уравнения состояния,которое могло бы дать одинаково точное описание всех термодинамическихсвойств различных видов флюидов. Одни уравнения состояния дают лучшиерезультаты только для определенных типов описываемых систем, в то время какдругие уравнения состояния являются предпочтительными только для расчетаопределенных свойств. В результате рассмотрения представленных в литературеобщих кубических уравнений состояния, используемых в научных и инженерныхрасчетах, для исследований фазового равновесия жидкость-газ в смесяхкомпонентов природного газа было выбрано уравнение Пенга-Робинсона, котороетакженаиболеенезначительнуюширокоошибкуприменяетсярасчетныхиразличнымиавторамиэкспериментальныхиимеетзначений,непревышающую 5 %.2.С использованием уравнения состояния Пенга-Робинсона былипроведены исследования фазового равновесия жидкость-газ для:− бинарных смесей метана, этана, пропана, изобутана и бутана;− бинарных смесей азота с метаном, этаном, пропаном, изобутаном и нбутаном;− тройных смесей вышеперечисленных углеводородов с азотом;− четырехкомпонентных смесей вышеперечисленных углеводородов сазотом.3.В результате исследований было подтверждено, что бинарные смесиметана, этана, пропана, изобутана и бутана обладают характеристиками смесей152взаимно растворимых компонентов.
При постоянном давлении для изученныхбинарных смесей наблюдается сосуществование жидкой и паровой фаз, котороезависит от количественного соотношения компонентов смеси, а состав паровой ижидкой фаз – от давления и температуры.4.Анализ Р-Т диаграмм фазового равновесия для всех исследованныхпар углеводородных компонентов природного газа показал, что чем большеразность критических температур компонентов смеси, тем выше максимальноекритическое давление для данной пары компонентов (максимум критическойлинии). Из этого следует, что двухфазная область пар-жидкость можетсуществовать при давлениях значительно более высоких, чем критическиедавления компонентов, составляющих смесь. Полученные результаты имеютзначение при выборе технологического давления в установках подготовки исжижения газа, так как на практике принято выбирать надкритическое значениетехнологического давления, чтобы избегать двухфазных потоков в системе.5.Анализ зависимостей коэффициентов фазового равновесия (К)углеводородных компонентов природного газа от температуры выявил наличиемаксимальных значений К для некоторых пар компонентов.
Это указывает навозможность выбора оптимальных термобарических параметров Р и Т, прикоторыхразделениекомпонентовсмесиможнопроводитьнаиболееэнергоэффективно. Установлено, что в смесях метан-этан, метан-пропан, этанбутан, этан-изобутан точки максимума значений констант фазового равновесия накривых K(t) определяются только при давлениях более 3 МПа. Для смесей метанизобутан оптимальные термобарические параметры находятся в диапазонетемператур от 44 до 48 °С и давлений от 1 до 5 МПа. Для смесей метан-бутаноптимальные термобарические параметры находятся в диапазоне температур от53 до 58 °С и давлений от 1 до 5 МПа; при давлении 0,5 МПа максимальныйкоэффициент фазового равновесия соответствует температуре 46 °С.6.Врезультатеисследованийбинарныхсмесейазотасуглеводородными компонентами природного газа было подтверждено, что приопределенных термобарических параметрах в смесях азот-этан, азот-пропан, азот-153бутан и азот-изобутан образуется трехфазная система, состоящая из двухнесмешивающихся жидких фаз и газовой фазы.
На диаграмме Р-Т критическаялинияобозначенныхсмесейнесоединяеткритическиеточкичистыхкомпонентов, входящих в данную смесь, и имеет разрыв. Установлено, чтодиапазон существования двух несмешивающихся жидких фаз и газовой фазы длябинарных смесей азота с пропаном, н- и изобутаном наблюдается в областитемператур от минус 163 до минус 144 °С и давлений от 2,3 до 26 МПа, приначальном содержании азота в смеси от 12,8 до 15,4 %, в отличие от смеси азотэтан. Для смеси азот-этан существование двух несмешивающихся жидких фаз игазовой фазы наблюдается в области температур от минус 154 до минус 120 °С идавлений от 2,3 до 20 МПа при начальном содержании азота в смеси от 29 до 96%. Мольное содержание азота в одной жидкой фазе составляет от 27 до 38 %, вдругой – от 92 до 97 %.
Для смеси азот-пропан две несмешивающиеся жидкиефазы с мольным содержанием азота в одной из них от 14,2 до 22,1 % и в другой –от 98,5 до 99,8 % образуются в интервале температур от минус 161 до минус 144°С и в интервале давлений от 2,35 до 23 МПа при начальном содержании азота всмесисвыше15%.Длясмесиазот-изобутансуществованиедвухнесмешивающихся жидких фаз и газовой фазы наблюдается в области температурот минус 163 до минус 146 °С и давлений от 2,3 до 26 МПа при начальномсодержании азота в смеси более 15,4 %.
Мольное содержание азота в однойжидкой фазе составляет от 14,2 до 21,9 %, в другой – от 99,5 до 99,9 %. Присодержании азота в смеси с н-бутаном более 12,8 %, возникают две жидкие фазыс содержанием азота в одной от 11,6 до 17,6 % и в другой – от 99,7 до 99,9 %.Область существования двух несмешивающихся жидких фаз для смеси азот-нбутан находится в интервале температур от минус 163 до минус 147 °С идавлений от 2,3 до 25 МПа.7.Исследования фазового состояния трех- и четырехкомпонентныхсмесей, включая азот, позволили установить, что с увеличением доли азота всмеси от 0,2 и выше имеет место образование трехфазной системы, состоящей издвух несмешивающихся жидких фаз и газовой фазы. Увеличение доли этана154оказывает меньшее влияние на расслоение жидкой фазы, чем увеличение долипропана в смеси.
Частичная взаимная растворимость компонентов бинарныхсмесей азота с углеводородами оказывает влияние на растворимость компонентовмногокомпонентных смесей, в состав которых входят пары азот-этан, азотпропан, азот-н-бутан и азот-изобутан.
Установленный эффект может бытьиспользован для разработки процессов выделения азота из природного газа, таккак при расслоении одна из жидких фаз содержит азот в мольной концентрацииот 0,92 до 0,99.8.При проектировании и модернизации процессов производства СПГнеобходимо учитывать присутствие в газовой смеси азота и его влияние насостояние термодинамического равновесия системы, а также рассматривать иучитывать образование и условия равновесия трехфазной системы, что частовызывает отклонения реальных термодинамических параметров системы отрасчетных.9.процессовПолученные кривые фазового равновесия позволяют при созданиипроизводстваСПГопределятьоптимальныетермобарическиепараметры сжижения газов и выделения заданных компонентов в зависимости отих содержания в исходной сырьевой смеси.1553ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОГО ОБОСНОВАНИЯПРОИЗВОДСТВА СПГНаучной базой для разработки технологических основ комплексногообоснования производства СПГ являются основы термодинамики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
