天然气体系三相平衡计算交互作用因子Kij的取值

为解决LNG产业链中的重烃析出问题,研究建立了天然气体系三相相平衡理论模型并自主研发了热力学计算软件。计算模型中的K_(ij)代表纯物质变成混合物时所有的物理性质变化,是温度、组成以及组分性质的函数。目前对于物质混合过程的物理化学变化没有全面的认识,所以K_(ij)没有具体的表达式。计算了天然气混合体系中不同K_(ij)的相平衡计算,以选取合适的K_(ij)值来提高模型计算结果的准确性。     

高压天然气长输管网内天然气的相平衡计算

天然气各组分含量是评价天然气品质和污染程度的重要参数。目前,天然气各组分含量一般通过气相色谱仪来测定,在没有条件进行色谱测量的情况下,可以采用天然气相平衡计算方法来预测长输管网天然气各组分变化情况。建立了长距离、高压天然气输送管网内气体相平衡数学模型,并给出了相应计算方法。用该模型和求解方法对西气东输管网内进行了相平衡模拟计算,并与实测结果进行了比较。结果表明:预测结果与实测结果基本吻合,所建立的数学模型和计算方法可靠,能够较精确地预测长输管网内天然气的各组分含量、水力参数、物性参数、相平衡参数等。     

二噁烷-水-盐三元体系液液相平衡数据的测定及关联

本文测定了常温下二噁烷-水-无机盐体系的液液相平衡(LLE)数据,比较了K_2CO_3、KOAc、CaCl_2及K_2SO_4四种盐对二?烷-水的盐析效果,并探讨了相平衡数据的关联.结果表明:在上述几种盐中,K_2CO_3有最佳的盐析效果.平衡数据可用Hand等人的经验式关联,也可视盐为非电解质,直接以NRTI模型关联.计算所得组分摩尔分率的平均偏差小于0.02,可用于工程计算.     

天然气液化过程中芳烃固体析出条件的计算

天然气体系中的芳烃、重烃组分在低温下析出,堵塞设备、阀门,给天然气液化的生产过程带来安全隐患。因此,预测天然气在低温下芳烃、重烃组分析出的条件,对于天然气液化生产工艺中低温预处理脱除芳烃、重烃时合理的温度和压力选择具有重要的指导意义。苯和甲苯是天然气体系中重要的芳烃组分。本文以某天然气体系为计算示例,根据相平衡理论和相态计算,建立天然气低温相平衡热力学模型,通过计算苯和甲苯分别在一定压力、不同温度下体系气液平衡逸度和纯固体逸度数值,得到一系列不同压力下固态苯和固态甲苯析出温度的计算结果。本计算方法可以有效预测出天然气体系中固态苯和固态甲苯的析出条件。     

酸性天然气与水体系内超临界-气-液-水合物多相平衡模型

针对酸性天然气与水体系内超临界-气-液-水合物多相平衡,构建了基于Gibbs自由能最小化原理的多组分流体多相平衡模型。为了提高其鲁棒性和计算精度,提出了相态稳定性判别的热力学判据和相组成分析的约束优化模型;考虑分子间非对称相互作用,建立了改进的Peng-Robinson状态方程,提出了统一的气体多参数平衡常数关系式,构建了不同相态中的逸度模型;建立了CH₄+CO₂+H₂S+H₂O体系的相平衡实验数据库,提出了对相平衡模型参数进行同步确定的多参数非线性拟合算法。与传统模型对比结果表明,新模型的收敛性更好、计算误差更小。     

多孔介质和化学剂体系中甲烷水合物相平衡预测

 综合考虑不同种类的电解质、醇和多孔介质对甲烷水合物相平衡条件的影响,对实验室原有的纯水体系下甲烷水合物的相平衡计算模型进行了扩展,扩展后的模型可以计算电解质、醇和多孔介质或它们的混合体系下甲烷水合物的相平衡条件。单独或两种上述体系共存条件下,大量模型计算结果与文献实验值吻合较好,结合模型建立机理,推断扩展后的模型应该可以较好地预测电解质、醇和多孔介质3种复杂条件共存的情况下甲烷水合物的相平衡条件,为注剂法开采甲烷水合物藏的计算提供依据。     

天然气体系中环己烷的气液固三相平衡计算

国内天然气能源消耗的增加导致供需矛盾日益严重,LNG运输已成为中短距离运输天然气的主要形式。但在天然气液化过程中,天然气中的重烃在低温下会析出固相堵塞设备和管道,造成安全隐患。为此,研究建立了天然气体系三相相平衡理论模型并进行了计算,通过自主研发的热力学计算软件,使用PR方程,对我国某地区的天然气体系中的环己烷进行了气液固三相平衡计算,并计算了该体系中环己烷的一些热力学数据及固相析出条件。通过与国外商业软件进行计算对比,结果准确度较高,可以为天然气的液化工艺设计提供可靠的数据支持和基础的理论依据。所建立的热力学模型、获得的基础数据和研究结果,对我国的LNG工业领域的基础研究具有一定的理论意义。     

天然气-水/盐水体系相平衡计算

准确模拟天然气-水系统的相平衡对于消除油气安全输送隐患具有重要的意义。为此,基于气-水二元体系相平衡的研究成果,给出了3种简单实用的多元气-水体系相平衡求解方法：VPT状态方程法--采用状态方程计算气液相组分逸度;PR状态方程法--采用由实验数据回归拟合得到两套二元交互系数和新型Alpha函数,再分别计算气、液相组分逸度;PR Henry法--采用状态方程、活度模型和Henry定律计算气液相组分逸度。此外,对于多元气-盐水体系的相平衡,采用Pizter模型计算了溶解盐的影响。数值计算结果表明：3种方法均能够较准确地预测气相含水量和气体在水/盐水中的溶解度,且计算精度能够满足工程要求,但其中以VPT状态方程法的精度为最佳。     

天然气水合物生成条件的预测 Ⅱ.注甲醇体系

本文针对加入极性抑制剂甲醇的天然气体系建立了基于PR状态方程和随机-非随机理论的相平衡模型,与作者改进的Holder-Joha水合物模型(本文第Ⅰ部分)相结合,成功地解决了注甲醇体系水合物生成条件的预测问题。曾对8个体系的122点实验数据进行了考核计算,取得相当满意的结果。本文所建立的模型和算法,经补充关联有关二元交互作用参数值后可应用于其它抑制剂体系。     

预测轻烃分离装置中CO_2结冰温度的高精度相平衡模型

在轻烃深冷分离工艺中,CO_2易从气液相中析出并结冰,从而发生CO_2冻堵,影响生产装置的正常运行,因此预测天然气系统中CO_2结冰温度具有重要的意义。目前,计算CO_2气液相结冰温度的主流方法为状态方程法,但其对CO_2液相结冰温度计算精度欠佳。为此,从热力学方法出发,采用新颖的GERG-2008状态方程计算CO_2结冰温度,建立了虚拟流体参考态求解固态逸度的方法,改进了传统的CO_2液固相平衡模型,并将其从简单的CH_4—CO_2二元体系拓展应用于真实的多组分天然气复杂体系研究。通过大量模拟计算并与实测数据对比,结果表明:采用改进了的相平衡模型,即气固和液固相平衡中分别运用Antoine方程和虚拟流体参考态法计算CO_2固态逸度系数,求出的CO_2气液相结冰温度比传统相平衡模型计算结果有更高的精度,可为天然气轻烃回收装置防止CO_2结冰工艺条件的设计提供参考。