基于不同状态方程预测气体水合物相平衡条件

气相逸度的计算结果会直接影响气体水合物相平衡条件的预测精度。基于Chen-Guo模型,选取RK、SRK、PR以及PT四种状态方程计算逸度,分别对甲烷、乙烷以及二氧化碳三种不同气体水合物在不同温度范围内的相平衡条件进行计算。结果表明：纯水条件下,RK方程最适合预测甲烷水合物相平衡条件,而PR方程更适合预测乙烷及二氧化碳水合物相平衡条件;对于冰中,SRK方程适合预测甲烷水合物的相平衡条件,PR方程适合预测乙烷水合物的,而RK方程更适合二氧化碳水合物的;对于甲烷水合物,低于218.2 K的预测是导致模型预测精度偏低的原因;对于乙烷水合物,需要提高低于230.2 K的预测精度;对二氧化碳水合物而言,提高对低于270.7 K的预测可以进一步提高模型预测精度。     

运用立方型方程预测超高压下气体的压缩因子

通过vdW方程、RK方程、SRK方程和PR方程预测氮气、二氧化碳和甲烷气体在超高压情况下的压缩因子,此外进一步运用PR方程预测空气在压强为1000~2000 MPa的压缩因子,并与文献值进行比较,发现PR方程在超高压下计算气体压缩因子时有较宽的适应范围和较好的精度。     

状态方程在气固相平衡计算中的应用

状态方程法是研究气固平衡的一种常用方法,但是目前仅有SRK和PR方程运用于元素硫沉积机理的研究。采用RK、SRK、PR、PT和LHSS状态方程对含硫天然气气固相平衡进行了计算,并且比较了不同状态方程对计算结果的影响。通过算例分析可知,对含硫天然气气固相平衡进行计算时每种状态方程都会存在误差,而误差主要来源于实验过程中的误差、状态方程参数设置的误差、数值计算方法的误差等。计算结果表明,采用RK和SRK方程计算误差较大,PR和PT方程两者计算误差差别不大,LHSS方程更适合描述含硫天然气的气固相平衡。     

盐水体系中环戊烷-甲烷水合物的相平衡及分解热

利用可视化水合物相平衡实验装置,采用恒温压力搜索法,测定了284～303K内环戊烷(CP)-甲烷在NaCl溶液中的水合物相平衡数据,并采用Clausius-Clapeyron方程计算了其生成/分解热数据。实验结果表明,CP-甲烷水合物生成条件远低于纯甲烷水合物;采用甲烷辅助气体可使CP在高于其纯水合物四相点的更高温度范围内生成CP-甲烷水合物;CP-甲烷水合物相平衡压力随温度增大而升高;随着NaCl浓度的增大,相平衡压力线性升高,且温度越高,温度和NaCl浓度对相平衡压力的影响越大。CP-甲烷水合物的生成/分解热随着温度的升高而逐渐减小,随NaCl浓度的增加而减小。     

甲烷水合物分解热计算新方法

针对气体压缩因子计算精度制约了甲烷水合物分解热计算准确程度,从提高压缩因子计算精度和简单可行性出发,通过对复杂气体状态方程编程计算求取气体压缩因子,经与美国标准局数据对比发现Setzmann方程计算精度最高,应用于Clausius-Clapeyron方程计算水合物分解热,更接近于传统实验的量热法测试结果。同时,为了明确加入SDS对甲烷水合物分解热的影响,进行了室内合成实验,利用改进后的Clausius-Clapeyron方程计算了纯水条件下和含0.3%SDS甲烷水合物的分解热,结果表明,在285K下,含0.3%SDS条件下与纯水条件下合成的甲烷水合物分解热误差约为1.92%。     

水逸度模型预测THF添加剂体系下气体水合物相平衡

加入添加剂降低水合物生成压力是当前水合物法分离混合气体研究热点。本研究以水的逸度模型为基础, 结合PRSV2 状态方程研究了CH₄、O₂、N₂ 及其混合气体水合物在纯水体系下的相平衡条件;通过UNIFAC 基团 贡献法对添加剂四氢呋喃(THF)水溶液进行基团划分,计算该体系下液相各组分的活度,理论研究了添加剂 THF 对气体水合物相平衡条件的影响;结果表明在相应的温度范围内,与其他模型相比,在纯水体系下该模型 预测精度较高,在THF 水溶液体系下该模型对单组分和双组分气体的预测精度平均相对误差在7%左右,随着 THF 浓度增加,气体水合物相平衡压力的降低幅度减小;当THF 摩尔分数达到6%时,对气体水合物相平衡影 响达到最大。相关研究结果为混合气体的大规模工业提纯分离提供了理论基础。     

基于多种状态方程模型的冷凝法油气回收对比

冷凝法回收油气过程的模拟计算采用何种状态方程尚无定论,建立油气混合物相平衡模型和组分热物理参数模型,进行油气回收过程模拟的对比。相平衡模型主要由状态方程、物质的量平衡方程、热力学平衡条件方程和模型迭代步骤组成,状态方程包括SRK方程、PR方程、TJS方程和理想气体方程。模拟结果表明：状态方程选用SRK、PR和TJS方程,经实验数据验证,满足精度要求;将油气视为理想气体时,计算结果与实际气体状态方程的模拟结果相差较大,冷凝温度越高,偏差越大,油气混合物在冷凝过程中不能视为理想气体;SRK、PR、TJS和Aspen Plus的模拟结果比较一致,相平衡计算应优先选用SRK或TJS方程。     

基于多种状态方程模型的冷凝法油气回收对比

冷凝法回收油气过程的模拟计算采用何种状态方程尚无定论,建立油气混合物相平衡模型和组分热物理参数模型,进行油气回收过程模拟的对比。相平衡模型主要由状态方程、物质的量平衡方程、热力学平衡条件方程和模型迭代步骤组成,状态方程包括SRK方程、PR方程、TJS方程和理想气体方程。模拟结果表明:状态方程选用SRK、PR和TJS方程,经实验数据验证,满足精度要求;将油气视为理想气体时,计算结果与实际气体状态方程的模拟结果相差较大,冷凝温度越高,偏差越大,油气混合物在冷凝过程中不能视为理想气体;SRK、PR、TJS和Aspen Plus的模拟结果比较一致,相平衡计算应优先选用SRK或TJS方程。     

盐水体系中环戊烷-甲烷水合物相平衡测定与模拟

利用恒温搜索法测定了温度284.4~303.8 K、NaCl质量浓度0~9.978%水溶液中环戊烷-甲烷水合物(II型)的相平衡条件. 结果表明,该体系水合物相平衡压力远低于纯甲烷水合物,且随温度升高和盐度增大逐渐升高. 在Van der Waals-Platteeuw等温吸附模型和Pitzer活度模型的基础上建立了环戊烷-甲烷水合物在盐水体系中的相平衡理论模型,模拟预测值与实验测定值的吻合度较好,平均相对误差为4.07%,能较好地预测盐水体系中环戊烷-甲烷水合物(II型)的相平衡条件.     

用SRK方程与PR方程求算双组分混合气体热力学性质

流体热力学性质的计算是化工热力学中的一类重要计算,立方型方程经常用于这类计算中。SRK方程与PR方程是在RK方程基础上发展而来的,具有比RK方程更好的计算精度。但现有教材中没有给出PR方程和SRK方程的剩余焓、剩余熵的计算公式,缺失了流体热力学性质计算的系统性。本文通过立方型状态方程的一般形式推导出PR方程和SRK方程的剩余焓、剩余熵的计算公式,利用Excel电子表格计算双组分混合气体的热力学性质。计算过程简捷明了,利于学生更好地理解混合物热力学性质的计算过程。     

LNG接收站蒸发计算状态方程选择

LNG物性参数是LNG接收站模型建立、工艺流程模拟计算及研究必不可少的基础数据。以国外实验数据为基础,采用Aspen HYSYS软件分析评价PR、SRK、LKP、BWRS状态方程对气液相组成、焓、密度等物性参数的预测结果,比选汽液相平衡和热力学参数的计算状态方程,建立了LNG接收站储罐蒸发模型,并比较了四种状态方程的准确度。结果表明：PR方程在汽液相平衡计算方面计算精度最高,相对误差为4.70%;LKP方程计算热力学参数最准确,预测误差为2.59%。综合考虑相平衡参数和热力学参数计算精度,PR方程精度最高,预测误差为3.77%。此外,PR方程对LNG储罐蒸发和储罐压力的模拟计算值与现场数据吻合度最好,因此LNG接收站蒸发计算推荐选用PR方程。研究结果对物性参数和LNG接收站蒸发计算状态方程的选择具有借鉴意义。     

PR方程与SRK方程在计算水露点中的比较与应用

水露点是天然气管道输送安全的一个重要指标。介绍了PR方程与SRK方程,利用两个方程的不同混合法则及相平衡计算,通过编写程序,计算出在相同条件下,不同方程之间计算出的水露点的差异,得出利用PR方程计算出的水露点较SRK方程计算的结果偏低。     

CO_2-C_2H_6共沸物分离的立方型状态方程选取

汽液平衡热力学模型的准确选取对CO_2-C_2H_6共沸物分离流程的设计和操作分析至关重要。在汽液平衡实验数据的基础上,依据逸度平衡原则,评估vdW、RK、SRK和PR立方型状态方程结合vdW、Margles和CVD混合规则预测CO_2纯物质、CO_2-C_2H_6共沸物和n-C_5H_(12)-CO_2-C_2H_6三元体系汽液平衡的可靠性,采用平均绝对误差的方法进行状态方程的选取。结果表明:SRK状态方程计算CO_2纯物质汽液平衡性质的精度最高;PR状态方程结合Margles混合规则可以准确计算CO_2-C_2H_6共沸体系汽液平衡特性;对于n-C_5H_(12)-CO_2-C_2H_6三元体系,SRK状态方程结合Margles混合规则计算精度明显优于vdW、RK和PR状态方程。通过试差迭代法优化CO_2-C_2H_6共沸体系和n-C_5H_(12)-CO_2-C_2H_6三元体系的二元交互作用参数,状态方程的计算精度得到明显提高。     

Patel-Teja三参数状态方程及应用

文章介绍了三参数立方型状态方程Patel-Teja,讨论了其用法和存在问题,详细介绍了Valderrama对PT方程参数计算方法的改进。分别用vd W、RK、SRK、PR、PT和改进的PT方程计算了几种物质的PVT性质,比较了它们的效果。结果表明:低压下,原始的PT方程效果和PR方程相当;中、高压下PT方程效果很差;改进的PT方程适合中高压,预测效果最好,同时适合于非极性和极性物质,且计算比原始的PT方程更简单。     

超临界二氧化碳与二苯醚相平衡研究

为了解决煤焦油及其轻质化产物中二苯醚的萃取精馏分离问题以及为后续的高效分离过程提供工程数据,本文自行设计并搭建了一套流动法可视化高温高压相平衡测定装置,对二苯醚-二氧化碳体系的相平衡数据进行了测定,测定温度为313.15K、333.15K和353.15K,测定压力为8～18MPa,并使用Peng-Robinson (PR)和Soave-Redlich-Kwong（SRK）状态方程结合Quadratic、Adachi-Sugie、Mathias-Klotz-Prausnitz混合规则对的超临界二氧化碳与二苯醚相平衡数据进行了关联计算,关联结果表明PR和SRK状态方程结合AS混合规则可以获得较为准确的关联结果,而传统二次型混合规则得到的计算结果误差相对较大。此外,关联计算还表明,选择合适的混合规则后,不同状态方程的关联结果相差不大。这表明,对于低挥发性的液体与二氧化碳这类非对称混合物体系,相平衡模拟计算的关键在于选取合适的混合规则。     

基于SRK方程混合规则修正的烃类混合物相平衡计算研究

为改进SRK方程对烃类混合物相平衡计算的准确性,采用修正方程中系数计算的混合规则,在分析众多混合规则的基础上,采用SR混合规则来计算SRK方程中的系数,基于-型相平衡模型,应用Newton-Raphson迭代算法计算求解,并将计算结果与现场实测数据进行对比分析,结果表明,采用SR混合规则后的SRK状态方程对烃类混合物的相平衡预测精度高,验证了方法的有效性,并且通过计算发现该方法不适合混合物中H2S等酸性气体的相平衡数据计算。     

考虑水合物结构转变的含氢气体水合物相平衡模型

工业中常见的含氢气体往往含有较多的轻烃,而不同轻烃组成的变化能够引起水合物结构类型的转变,这也是影响水合物热力学模型预测精度的重要原因之一。因此,本文首先针对轻烃混合气体,在Chen-Guo水合物模型中引入新的水合物结构参数（n_i^{\mathrm{I}}）并通过实验数据拟合得到其参数值,以判断和计算因气体组成变化而引起的sⅠ/sⅡ型水合物转变的热力学相平衡。在此基础上,将含氢气体中的氢气视为只能被水合物小孔（联结孔）吸附的惰性气体,提出一种考虑水合物结构转变的相平衡模型,以提高含氢气体的水合物相平衡预测精度。结果表明,该模型对不同轻烃气体的水合物相平衡条件预测平均相对误差由约5.6%降至2.1%,对不同含氢气体的水合物相平衡条件预测平均相对误差由约8%降至2.3%,模型预测精度明显提高,能够满足工程应用要求。     

真实气体等压热容的关联

根据热力学原理,在第二维里系数关系式、RK方程与SRK方程基础上导出了真实气体等压热容的关联式。利用这些关联式计算了包括极性气体的3种真实气体在不同压力和温度下的等压热容,并与文献上的实验数据进行了比较。计算结果表明:基于第二维里系数关系式的等压热容关联式简单方便,在p10MPa与对比体积Vr≥2的条件下,计算误差一般在3%以下;在不接近露点的条件下,基于SRK方程导出的关联式计算误差一般小于4%,基于RK方程导出的关联式对于非极性气体计算误差一般小于4%;本文关联式计算准确性优于剩余热容图法,为工程计算提供了一种便于计算机应用的计算方法。     

不同季铵盐作用下的CO2水合物相平衡

CO₂气体水合物形成热力学性质是实施海水淡化、沼气纯化、碳捕集和封存、能源利用、天然气储存等技术的关键。采用恒容温度搜索法,在温度272.75~294.35 K,压力0.35~4.50 MPa的范围内,探究了四种季铵盐促进剂对CO₂气体水合物相平衡的影响。结果表明,相同条件下,季铵盐作用下CO₂水合物的相平衡温度由高到低分别为：四丁基氟化铵（TBAF）>四丁基溴化铵（TBAB）>四丁基氯化铵（TBAC）>苄基三乙基氯化铵（TEBAC）。基于Clausius-Clapeyron方程,计算了不同体系的相变潜热,探讨了其对水合物稳定性的影响。可以看出,水合物的相平衡压力对数与温度倒数呈线性关系,其中,TBAF、TBAB作用下的CO₂水合物相变潜热相接近且明显高于其他季铵盐,说明其促进效果最好,所对应的水合物生成条件也最为温和。利用Chen-Guo模型,结合PR状态方程和改进Joshi经验活度模型,分别计算了TBAF、TBAB、TBAC和TEBAC作用下CO₂水合物热力学相平衡数据,计算结果与实验数据吻合良好,最大平均相对误差为7.50%。     

基于天然气水合物置换开采的能源效率分析

天然气水合物开采涉及各种能量转化与消耗,比如热能、电能以及化学能等。为了对其开采技术的经济性进行科学的评价,建立以?为核心计算能源效率的方程,以二氧化碳置换开采天然气水合物为例,建立能源效率模型。在二氧化碳置换开采水合物中,产气中甲烷含量、注气量以及产气量这三个是关键的自变量参数,定义产气量和注气量的比值为采注比,对于能源效率受到甲烷含量以及采注比的影响进行分析。结果表明：在设定条件下,二氧化碳置换开采水合物整体效率在0.30～6.39,对采注比进行增加,能够有效提高能源效率。能源效率随着甲烷的摩尔分率提高而提升,而气体分离能耗会降低。所以,对于二氧化碳置换法能源效率进行提升的主要途径有提高产气中甲烷含量以及对产气量进行调控。通过能效计算方程来对水合物开采工艺的优化提供参考。