Аналитический метод расчета плотности нестабильного углеводородного конденсата по приведенной плотности

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ

Содержание тяжелых углеводородов в смеси

Для полной характеристики природного газа необходимо знать содержание в нем тяжелых углеводородов.

Если дан массовый или молярный состав газа, то содержание тяжелых углеводородов (в г/м³) определяется по формуле:

(1)

где g — массовое содержание данного тяжелого углеводорода в газе, %;

р_см — средняя плотность природного газа, кг/м³;

у — молярное содержание данного тяжелого углеводорода в газе, %;

р — плотность данного тяжелого углеводорода, кг/м³.

После определения содержания в газе отдельных компонентов пересчитывают содержание в нем n-бутана и газового бензина. При этом считают, что в газовый бензин целиком переходит пентан плюс вышекипящие и часть нормального бутана, по величине равная половине содержания пентана плюс вышекипящие.

ЗАДАЧА 1. По данному массовому составу газа требуется определить содержание в нем пропана, бутана и газового бензина в г/м³. Массовый состав газа, %; метан- 19,50; этан-11,80; пропан- 37,95; i-бутан- 3,25; n-бутан 12,05; пентан и высшие- 8,15; азот- 7,30.

Решение. Для определения средней плотности газа сначала найдем среднюю молекулярную массу газа:

Средняя плотность газа по формуле

ρ_см = 32,15/22,41 = 1,43 кг/м³.

Содержание тяжелых углеводородов определяем по формуле (1), г/м³:

пропана 10·37,95·1,43 = 542

i-бутан 10·3,25·1,43 = 46,5

n-бутан 10·12,05·1,43 = 172

пентана плюс высших 10·8,15·1,43= 117

Итого: 877,5

Следовательно, газового бензина (пентан целиком) и н-бутана (по величине, равной половине пентана) в составе газа будет 117+ 117/2 = = 175,5 г/м³. Остаток n-бутана в смеси: 172 — 117/2 = 113,5.

Количество изобутана и пропана в смеси остается прежним (соответственно по 46,5 и 542 г/м³).

Ответ: Всего тяжелых углеводородов в смеси содержится 877,5 г/м³ (175,5 + 113,5 + 46,5 + 542).

Исходные данные к задаче 1

Номер варианта	Состав газа, % об.
Номер варианта	СН₄	С₂Н₆	С₃Н₈	i-С₄Н₁₀	n-C₄H₁₀	С₅Н₁₂	N₂
1	76,02	7,46	6,32	3,35	3,31	3,28	0,26
2	91	3	2,3	1,3	1,8	0,5	0,1
3	56,52	10,11	8,59	4,47	2,21	1,53	16,57
4	58,6	14,7	7,6	5,8	5,5	3,8	4
5	48	15,9	18,2	9,9	3,9	3,6	0,5
6	78,3	4,6	6,8	5	4,5	0,8	0
7	68,9	5,8	7,1	3	1	1,3	12,9
8	61,1	14,1	10,1	6,1	3,2	2,3	3,1
9	91,42	1,67	0,96	2,09	2,68	0,58	0,6
10	87,13	1,14	1,1	3,19	5,73	0,57	1,14
11	72,75	7,15	2,07	1,07	0,35	0,28	16,33
12	53,1	13,6	10,5	11,5	4,7	4,9	1,7
13	82,7	4,95	4,3	4	2,05	2	0
14	44,6	10,4	14,6	17,2	10,2	0,6	2,4
15	59,8	8,6	12,2	8,6	1,6	0,6	8,6
16	69,89	10,25	8,99	4,47	4,34	1,68	0,38
17	12,6	8,8	15,3	10,2	4,8	0,4	47,9
18	76,1	5,11	6,16	6,35	3,2	1,48	1,6
19	42,8	5,5	8,4	4,2	2,15	1,25	35,7
20	46,5	9	16,1	11,1	6	2,2	9,1
21	60,7	18,9	10,5	5,7	1,4	0,4	2,4
22	26,91	14,22	32,59	18,31	2,93	1,2	3,84
23	56,6	15,9	9,9	8	4,7	0,9	4
24	79,91	5,67	4,6	3,26	2,75	3,73	0,08
25	43,3	13,6	14,8	9,9	7,5	8,2	2,7
26	40,9	20,6	17,4	8,3	5,2	0,4	7,2
27	50,3	16,6	22,2	6,2	1,1	0,2	3,4
28	87,3	3,4	3,3	1,2	1,1	1,3	2,4
29	66	11	7,2	1,6	2,8	2,5	8,9
30	88,9	5,2	2	2	0,6	0,5	0,8
31	64	12,2	11,8	9	1,8	0,5	0,7
32	88,3	6	2,8	0,7	0,2	0,3	1,7
33	72,7	3,9	8,7	8,9	4,2	0,6	1

Задача 2.

По молярному составу газовой смеси найти плотность газа при давлении 7 МПа и температуре +15 ^оС.

Компонент	ММ, кг/кмоль	Содержание, % мольн.	Критическое давление, МПа	Критическая температура, К
CH₄	16,042	92,0	4,641	190,55
C₂H₆	30,068	4,0	4,913	305,50
i-C₄H₁₀	58,120	2,0	3,570	407,90
N₂	28,016	1,0	3,396	126,25
H₂S	34,900	1,0	8,721	373,56

Решение

1. Расчет молярной массы смеси:

2. Расчет газовой постоянной смеси:

3. Расчет средних значений критических параметров газовой смеси:

4. Расчет приведенных параметров газовой смеси:

5. Расчет коэффициента сжимаемости по аппроксимационной формуле:

6. Расчет плотности газа:

Исходные данные к задаче 2

*Критические параметры компонентов

Вариант	Р, МПа	Т, ^оС	Состав газа, % мольн.
Вариант	Р, МПа	Т, ^оС	СН₄	С₂Н₆	С₃Н₈	n-С₄Н₁₀	Азот
1	10	22	91	5,07	1	1,6	1,33
2	9	25	92,39	4,13	2,29	0,25	0,94
3	8	18	98,52	0,02	-	-	1,46
4	12	16	90,06	5,30	2,20	1,10	1,34
5	14	14	98,26	0,15	0,04	-	1,55
6	16	15	95,13	3,50	0,18	0,24	0,95
7	12	12	90,8	5,27	2,10	0,83	1
8	14	17	90,82	5,09	2,18	1,18	0,73
9	15	20	90,14	5,72	2,39	1,02	0,73
10	18	19	87,36	6,11	3,29	1,40	1,84
11	17	21	85,02	8,60	3,80	1,68	0,9
12	19	10	87,24	6,22	3,40	1,67	1,47
13	13	13	98,17	0,17	0,01	0,02	1,63
14	11	11	78,43	10,28	6,90	2,61	1,78
15	7	24	84,43	7,47	4,47	1,90	1,73
16	10	8	86,67	7,12	3,64	1,51	1,06
17	9	23	87,1	6,82	3,46	1,56	1,06
18	8	22	98,43	0,11	0,02	-	1,44
19	12	25	92,02	4,69	2,11	0,70	0,48
20	14	18	91,92	4,73	2,12	0,72	0,51
21	16	16	91,66	4,79	2,20	0,80	0,55
22	12	14	98,4	0,07	0,01	-	1,52
23	14	15	83,88	9,06	4,40	1,64	1,02
24	15	12	99	0,40	0,20	0,10	0,3
25	18	17	83,06	8,46	5,32	1,92	1,24
26	17	20	89,2	6,07	3,06	1,13	0,54
27	19	19	84,29	8,12	4,54	1,76	1,29
28	13	21	83,36	8,03	5,15	1,96	1,5
29	11	10	92,53	5,03	1,39	0,38	0,67
30	7	13	98,63	0,03	-	-	1,34
31	10	11	96,07	2,48	0,12	0,84	0,49
32	9	24	92,98	4,66	1,34	0,55	0,47
33	8	8	99,1	0,01	-	-	0,89
34	12	23	91,39	6,94	0,28	0,36	1,03
35	14	22	89,63	7,64	1,72	0,58	0,43
36	16	25	99	0,03	-	-	0,97
37	12	18	96,37	2,89	0,05	0,03	0,66
38	14	16	96,1	2,72	0,03	0,13	1,02
39	15	14	92,31	4,99	1,56	0,80	0,34
40	18	15	91,79	4,83	1,81	0,73	0,84
41	17	12	88,68	6,51	2,34	0,60	1,87
42	19	17	88	7,06	2,07	0,56	2,31
43	13	20	91,52	5,42	0,76	0,52	1,78
44	11	19	91,44	5,19	1,79	0,59	0,99
45	7	21	90,28	6,40	1,82	0,70	0,8
46	10	10	90,57	4,30	1,21	0,79	3,13
47	9	13	96,81	1,15	0,37	0,23	1,44
48	8	11	88,88	7,00	2,55	0,84	0,73
49	12	24	83,92	7,37	4,04	1,58	3,09
50	14	8	79,24	4,53	2,34	1,02	12,87

Задача 3.

Давление газа в начале участка газопровода равно 5,5 МПа, а температура - +30 ^оС. В конце участка эти параметры составляют 3,5 МПа и +10 ^оС. Считая газ совершенным, найти во сколько раз плотность газа в конце участка меньше, чем в его начале. Уточнить решение задачи, отказавшись от допущения о совершенности газа и используя значения критических параметров газа: р_кр = 4,6 МПа, Т_кр = 190 К.

1. Для совершенного газа справедливы будут следующие равенства:

2. Отсюда:

3. Уравнение состояния для не совершенного газа будет иметь вид:

Поэтому вычислим приведенные параметры газа в начале и конце участка газопровода:

4. Находим коэффициент сжимаемости газа:

5. Вычислим отношение плотностей газа:

Исходные данные к задаче 3

* Критические параметры принимают по основному компоненту метану.

Вариант	Р_н, МПа	Т_н, ^оС	Р_к, МПа	Т_к, ^оС
1	5,7	28	2,7	8
2	6,0	26	3,0	6
3	7,0	31	4,0	5
4	9,0	29	6,0	9
5	10,0	24	7,0	4
6	12,0	22	9,0	2
7	11,5	20	8,5	4
8	9,8	21	6,8	1
9	6,6	23	3,6	3
10	8,5	32	5,5	10
11	11,0	28	8,0	11
12	7,5	26	4,5	5
13	10,6	31	7,6	12
14	12,4	29	9,4	9
15	8,9	24	5,9	6
16	5,9	22	3,9	2
17	6,8	20	4,8	3
18	7,4	21	5,4	5
19	9,8	23	6,8	7
20	10,6	32	7,6	12
21	11,8	28	8,8	10
22	11,1	26	8,0	11
23	9,2	31	6,0	5
24	6,8	29	4,8	12
25	8,2	24	5,0	9
26	11,3	22	8,0	6
27	7,7	20	5,7	2
28	10,2	21	7,2	3
29	12,1	23	9,0	5
30	8,7	32	5,5	7

Аналитический метод расчета плотности нестабильного углеводородного конденсата по приведенной плотности

Аналитический метод является универсальным, поскольку расчет проводится по приведенным параметрам. Приведенная плотность определяется по корреляционной зависимости ее от среднекритического коэффициента сжимаемости или от приведенных давления и температуры нестабильного конденсата.

Здесь ρ_пр - приведенная плотность; V_кр_i- критический молярный объем i-го компонента в смеси.

Приведенную плотность по среднекритическому коэффициенту сжимаемости нестабильного углеводородного конденсата определим по формуле Викса:

Здесь Z_ск - среднекритический коэффициент сжимаемости нестабильного конденсата,

где z_кр_i- критический коэффициент сжимаемости i-го компонента, который можно взять из таблицы или определить по формуле Ганна и Ямады:

Т_пр - приведенная температура нестабильного углеводородного конденсата:

Критический молярный объем i-го компонента найдем из выражения:

где универсальная газовая постоянная R = 82,057·10^-1, см³·МПа/(моль·К).

Алгоритм расчета плотности нестабильного углеводородного конденсата:

Задача 4.

Определить плотность нестабильного углеводородного конденсата по приведенному давлению и температуре, используя зависимость приведенной плотности от критического коэффициента сжимаемости. Компонентный состав жидкого углеводородного конденсата в молярных долях при абсолютном давлении Р = 7 МПа и абсолютной температуре Т = 399,8 К, результаты вычислений приведены в таблице 2.

М_С7+ = 295 г/моль; ρ_С7+ = 0,8838;

Решение

1. Расчет псевдокритических параметров остатка С₇₊ по измеряемым величинам – его молекулярной массе М_С7+ и относительной (по воде) плотности ρ_С7+:

2. По корреляционной зависимости Гуревича Г.Р.:

3. Расчет ацентрического фактора для компонента С₇₊ по формуле Эдмистера:

4. Расчет критического коэффициента сжимаемости для компонента С₇₊ по формуле Ганна и Ямады:

5. Расчет критического молярного объема для компонента С₇₊:

Исходные и расчетные данные

Компонент	х_i, мольн.д.	Р_кр	х_iр_кр_i, кг/см²	Т_кр	х_iТ_кр_i, K	V_кр	х_iV_кр_i, см³/моль	Z_кр	х_iz_кр_i	Мм	х_iМ_i
CH₄	0,22006		10,08		41,90		21,90		0,0640		3,52
C₂H₆	0,02130		1,03		6,51		3,15		0,0061		0,64
C₃H₈	0,01270		0,54		4,70		2,54		0,0035		0,56
i-C₄H₁₀	0,01240		0,46		5,04		3,26		0,0035		0,72
n-C₄H₁₀	0,00815		0,47		3,47		2,08		0,0022		0,47
i-C₅H₁₂	0,00770		0,25		3,55		2,37		0,0021		0,56
n-C₅H₁₂	0,00446		0,15		2,10		1,39		0,0012		0,32
C₆H₁₄	0,00783		0,23		4,00		2,88		0,0021		0,67
C₇H₁₆₊_высшие	0,70523		9,41		546		705,23		0,1480		208,00
N₂	0,00017		0,06		0,02		0,01		0,0001		0
∑	1		22,68		617,29		744,81		0,2328		215,46

6. Расчет приведенной температуры нестабильного конденсата:

7. Расчет приведенной плотности нестабильного конденсата по формуле Викса:

8. Расчет плотности нестабильного конденсата по приведенной плотности:

Исходные данные к задаче 4

Вариант	Р, МПа	Т, ^оС	М_С₆₊	ρ_С_6+в	Состав конденсата, % мольный
Вариант	Р, МПа	Т, ^оС	М_С₆₊	ρ_С_6+в	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	i-C₄H₁₀	n-C₄H₁₀	i-C₅H₁₂	i-C₆H₁₄	C₇H₁₆₊_в
1	26	22	150	0,72	59,61	7,07	5,43	1,55	2,12	0,71	0,6	22,91
2	22	25	220	0,94	54,72	6,77	6,17	1,53	2,05	0,78	0,65	27,33
3	19	18	190	0,82	48,28	6,74	5,41	1,56	2,2	0,8	0,62	34,39
4	20	16	186	0,78	37,43	6,11	5,12	1,69	2,23	0,68	0,53	46,21
5	16	14	205	0,90	32,02	6	5,32	1,72	2,31	0,61	0,52	51,5
6	8	15	230	0,87	24,71	5,2	5,33	1,55	2,07	0,56	0,44	60,14
7	10	12	214	0,95	21,69	4,82	4,69	1,37	1,8	0,58	0,42	64,63
8	12	17	176	0,70	61,48	7,2	4,85	1,36	1,79	0,48	0,37	22,47
9	15	20	159	0,84	55,95	7,19	5,15	1,5	2,01	0,56	0,43	27,21
10	17	19	138	0,77	48,46	7,06	5,5	1,69	2,32	0,68	0,52	33,77
11	9	21	129	0,85	41,55	6,81	5,75	1,87	2,59	0,8	0,62	40,01
12	11	10	218	0,92	34,68	6,39	5,85	2,01	2,84	0,91	0,71	46,61
13	21	13	224	0,73	26,46	5,61	5,71	2,1	3,03	1,03	0,82	55,24
14	13	11	237	0,91	20,71	4,86	5,35	2,08	3,07	1,09	0,87	61,97
15	7	24	217	0,89	59,61	7,07	5,43	1,55	2,12	0,71	0,6	22,91
16	10	8	164	0,92	54,72	6,77	6,17	1,53	2,05	0,78	0,65	28,33
17	9	23	199	0,74	48,28	6,74	5,41	1,56	2,2	0,8	0,62	34,39
18	8	22	204	0,83	37,43	6,11	5,12	1,69	2,23	0,68	0,53	46,21
19	12	25	226	0,81	32,02	6	5,32	1,72	2,31	0,61	0,52	51,5
20	14	18	207	0,71	24,71	5,2	5,33	1,55	2,07	0,56	0,44	60,14
21	16	16	149	0,90	21,69	4,82	4,69	1,37	1,8	0,58	0,42	64,63
22	12	14	169	0,88	61,48	7,2	4,85	1,36	1,79	0,48	0,37	22,47
23	14	15	174	0,87	55,95	7,19	5,15	1,5	2,01	0,56	0,43	27,21
24	15	12	183	0,95	48,46	7,06	5,5	1,69	2,32	0,68	0,52	33,77
25	18	17	192	0,70	41,55	6,81	5,75	1,87	2,59	0,8	0,62	40,01
26	17	20	248	0,84	34,68	6,39	5,85	2,01	2,84	0,91	0,71	46,61
27	19	19	235	0,77	26,46	5,61	5,71	2,1	3,03	1,03	0,82	55,24
28	13	21	227	0,85	20,71	4,86	5,35	2,08	3,07	1,09	0,87	61,97
29	11	10	218	0,72	59,61	7,07	5,43	1,55	2,12	0,71	0,6	22,91
30	7	13	160	0,82	54,72	6,77	6,17	1,53	2,05	0,78	0,65	27,33

*Критические параметры компонентов и молярная масса

	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	i-C₄H₁₀	n-C₄H₁₀	i-C₅H₁₂	i-C₆H₁₄	N₂	H₂S
Т_кр, К	190,7	306,2	369,8	407,2	425,2	461	508	126,25	373,56
Р_кр, МПа	4,7	4,9	4,3	3,7	3,8	3,3	3,9	3,396	8,721
V_кр,см³/моль	99,5	148	200	263	255	308	368
Z_кр	0,29	0,285	0,277	0,283	0,284	0,268	0,264
ω_кр	0,013	0,105	0,152	0,192	0,201	0,208	0,29
Мм	16	30	44	58	58	72	86

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 710; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!