Х компонентное уравнение состояния Редлиха –Квонга

Уравнение состояния Редлиха — Квонга — двухпараметрическое уравнение состояния реального газа, полученное О. Редлихом (англ. O. Redlich) и Дж. Квонгом (англ. J. N. S. Kwong) в 1949 году как улучшение уравнения Ван-дер-Ваальса^[1]. При этом Отто Редлих в своей статье^[2] 1975 года пишет, что уравнение не опирается на теоретические обоснования, а является по сути удачной эмпирической модификацией ранее известных уравнений.

Уравнение имеет вид:

где — давление, Па;

· — абсолютная температура, К;

· — мольный объём, м³/моль;

· — универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);

· и — некоторые константы, зависящие от конкретного вещества.

Из условий термодинамической устойчивости в критической точки — и ( — критическая температура) — можно получить, что:

где — критическое давление.

Представляет интерес разрешение уравнения Редлиха — Квонга относительно коэффициента сжимаемости . В этом случае имеем кубическое уравнение:

где .

Вопрос5.

Кристаллогидраты природных газов. Состав. Условия образования и разложения.

Природные газы при определенной температуре и давлении образуют с водой твердые соединения – гидраты. Эти снегоподобные вещества, отлагаясь на стенках трубопроводов и аппаратов, затрудняют движение газа, а иногда и полностью его приостанавливают. Поиски гидратных пробок и их ликвидация отнимают иного средств и времени, нанося ущерб газовой промышленности.

Гидраты – физико-химические соединения, для которых характерно размещение молекул одного вещества в молекулах другого (в частности, у\в в воде). Такие соединения называют также твердыми растворами внедрения или соединениями внедрения.

Гидраты образуют следующие вещества: СН4, С2Н6, С3Н8, С4Н10, СО2, N2, H2S.

Для выявления возможности образования гидратов необходимо определить равновесные Р и Т. Гидраты образуются если давление выше равновесного, а температура ниже равновесной.

Методы определения:

1. Экспериментальный

2. Графический

3. Аналитический

Гидраты могут образовываться при достаточно высоких температурах. Но имеется критическая температура выше которой гидрат не существует. Например, для метана она равна 22°С.

Присутствие различных компонентов в природном газе изменяет условия гидратообразования. Сероводород значительно увеличивает температуру гидратообразования, азот, наоборот, несколько снижает ее.

Плотность гидратов несколько меньше плотности воды – 980 кг/м3.

Образование их сопровождается выделением тепла, разложение – поглощением.

Гидраты у\в могут образовываться и в пористых горных породах. Поэтому в природе встречаются иногда так называемые газогидратные залежи, например на Мессояхском месторождении. Существует мнение, что значительные запасы природного газа связаны с газогидратными залежами, расположенными в зоне вечномерзлых пород, и на дне океанов, где, как известно, температура составляет 2-3°С.

Для борьбы с образованием гидратов применяют следующие методы (а иногда и их комбинацию):

ü Поддержание теплового режима работы системы, при котором гидраты не образуются

ü Введение в поток газа специальных ингибиторов гидратообразования (метанол СН3ОН, диэтиленгликоль, раствор хлористого кальция)

ü Удаление из газа паров вода, т.е. его осушку.

ü Применение спиртов

ü Снижение давления

Приложение теории фазовых переходов к разработке газоконденсатных месторождений. Удельное конденсатосодержание. Изменение фазового состояния газоконденсатной смеси при постоянной температуре.

Диаграмма состояния многокомпонентной системы

Pk - точка кригондебары; К- точка крикондетермы Кривая GC определяет состояние начала конденсации многокомпонентной системы. Кривая FC определяет состояние начала испарения (конца конденсации) многокомпонентной системы. Пересечение кривых GC и FC определяет критическую точку многокомпонентной системы. Точке С соответствуют критические температура Тс и давление р_с. Область, ограниченная кривыми точек росы и точек кипения, определяет условия двухфазного состояния многокомпонентной системы. Пунктирные линии внутри этой области соответствуют процентному содержанию (по массе) смеси в жидком состоянии.

1. Точка В. Температура его ниже критической, а давление выше критического. Месторождение характеризуется однофазным жидким состоянием — это типичное нефтяное месторождение. При изотермическом снижении давления (что практически всегда отмечается при разработке нефтяных месторождений) до точки b никаких фазовых переходов не наблюдается. В точке b начнется выделение паровой фазы (давление, соответствующее точке b, является давлением насыщения нефти при данной температуре). Дальнейшее снижение давления до точки b₁ приведет к переходу в паровую фазу 30% по массе всей многокомпонентной системы, а в точке Ь₂ вся система перейдет в однофазное паровое состояние. 2. В точке А система находится в однофазном паровом (газовом) состоянии. Изотермическое снижение давления от точки А до точки а не сопровождается фазовыми, переходами. В точке а появляется жидкая фаза, максимальное содержание которой достигается в точке а₁ (в точке касания с кривой 20%-ного содержания жидкой фазы). В точке а₁ в системе содержится 80% паровой и 20% жидкой фаз. Дальнейшее снижение давления сопровождается уменьшением количества жидкой фазы (в точке а₂ количество жидкой фазы равно 10%). В точке a₃ вся система переходит в паровое состояние. Т.е. наблюдается обратная закономерность фазового перехода. При снижении давления системы, характеризуемой точкой А, от a до а₁ сопровождается конденсацией углеводородов, т.е. отмечаемся обратная (ретроградная) конденсация (области на рис. 36 заштрихованы).

Разработка месторождений ведется практически в изотермических условиях отбора газа из пласта. При разработке газоконденсатной залежи, характеризуемой точкой А, при снижении пластового давления до точки а в залежи начнется конденсация углеводородов, количество выпадающего в пласте конденсата будет возрастать с понижением давления от а до точки а₁ (см. рис. 36). Выпадающий конденсат будет накапливаться в порах пласта и огромное количество его может быть безвозвратно потеряно. На рис. 37 кривая аа₁а₃ характеризует потери конденсата в пласте. Теоретически потери конденсата в пласте соответствуют кривой аа₁а₃, практически же потери соответствуют кривой аа₁Х, так как на испарение выпавшего в пористой среде конденсата требуется значительно большее время, чем время разработки месторождения. Это можно объяснить тем фактом, что конденсация происходит практически мгновенно, а процесс испарения идет крайне медленно из-за влияния сорбционных сил, сил поверхностного натяжения и большой теплоты испарения.