В таблице 2.1 приведены составы газов типичных газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений. Необходимо рассчитать молярную массу каждого компонента, молекулярную массу газа, его плотность при стандартных условиях, относительную плотность газа по воздуху, коэффициент сжимаемости по кривым Брауна и формулам А.З.Истомина и коэффициент растворимости, если в объеме нефти Vн растворенный газ имеет объем Vг, приведенный к нормальным условиям.
Исходные данные (Вариант 5):
Поскольку в таблице 2.1 присутствует техническая ошибка (С3Н8 указан три раза), изменяем две компоненты на общепринятые (Бутан и Пентан).
СН4 = 58,8 %; С2H6 = 1,8 %; С3Н8 = 0,6 %; С4Н10 = 0,23 %; С5Н12 = 0,12 %;
CO2 = 11 %; N2 = 21,3 %; H2S = 6,15 %; P = 16 МПа; t = 58 °C; Vг = 19,5 ·104 м3; Vн = 1225 м3.
Ответ
MСН4 = 9,43 кг∙об.ед/кмоль; MС2H6 = 0,54 кг∙об.ед/кмоль;
MС3Н8 = 0,27 кг∙об.ед/кмоль; MС4Н10 = 0,13 кг∙об.ед/кмоль;
MС5Н12 = 0,09 кг∙об.ед/кмоль; MCO2 = 4,84 кг∙об.ед/кмоль;
M N2 = 5,97 кг∙об.ед/кмоль; M H2S = 2,10 кг∙об.ед/кмоль;
MГАЗА = 23,24 кг∙об.ед/кмоль; ρстанд = 0,966 кг/м3; ρГ = 0,802;
Z1 = 0,83; Z2 = 0,71; Z3 = 0,82; α = 10 1/МПа.
Решение
Молекулярную масса газа МГ с учётом его объемного состава вычислим по следующей формуле:
MГ=i=1nyi∙Mi100
где: yi - объёмная доля i-го компонента в смеси газов, %;
Мi – молекулярная масса i-го компонента;
n- число компонентов в смеси газов.
Рассчитаем предварительно молекулярную массу каждого из компонентов нефтяного газа. учитывая, что атомная масса:
Углерода С = 12,01115; Водорода Н = 1,00797; Кислорода О = 15,9994;
Серы S = 32,064; Азота N = 14,007.
Молекулярные массы составляют:
Метана M(СН4) = 12,01115 + 1,00797·4 = 16,43 кг/кмоль;
Этана M(С2H6) = 12,01115·2 + 1,00797·6 = 30,07 кг/кмоль;
Пропана M(С3Н8) = 12,01115·3 + 1,00797·8 = 44,097 кг/кмоль;
Бутана M(С4Н10) = 12,01115·4 + 1,00797·10 = 58,124 кг/кмоль;
Пентана M(С5Н12) = 12,01115·5 + 1,00797·12 = 72,151 кг/кмоль;
Диоксида углерода M(CO2) = 12,01115 + 15,9994·2 = 44,01 кг/кмоль;
Сероводорода M(H2S) = 1,00797·2 + 32,064 = 34,08 кг/кмоль;
Азота M(N2) = 14,007·2 = 28,014 кг/кмоль;
Тогда молекулярные массы каждого компонента газа с учётом его объемного состава:
MСН4=58,8∙16,043100≈9,43 кг∙об.едкмоль;
MС2H6=1,8∙30,07100≈0,54 кг∙об.едкмоль;
MС3Н8=0,6∙44,097100≈0,27 кг∙об.едкмоль;
MС4Н10=0,23∙58,124100≈0,13 кг∙об.едкмоль;
MС5Н12=0,12∙72,151100≈0,09 кг∙об.едкмоль;
MCO2=11∙44,01100≈4,84 кг∙об.едкмоль;
MN2=21,3∙28,014100≈5,97 кг∙об.едкмоль;
MH2S=6,15∙34,08100≈2,10 кг∙об.едкмоль.
Вычисляем молекулярную массу данного газа:
MГ=9,43+0,54+0,27+0,13+0,09+ 4,84+5,97+2,10≈23,24 кг∙об.едкмоль;
В соответствии с законом Авогадро 1 кмоль любого газа при стандартных условиях 24,05 м 3
. Плотность газа тогда при стандартных условиях: ρн=MГ24,05
ρст=23,2424,05= 0,966 кг/м3
Рассчитаем относительную плотность газа по воздуху по формуле:
ρГ=MГ28,98
где 28,98 – молекулярная масса воздуха.
Тогда:
ρГ=23,2428,98 = 0,802
Относительную плотность газа можно так же рассчитать по иной формуле:
ρГ=ρГρВ
где ρВ - плотность воздуха кг/м3.
Плотность воздуха при стандартных условиях ρВст = 1,205 кг/м3, тогда относительная плотность газа:
ρГ=0,9661,205 = 0,802
Практически полное совпадение в расчетах.
Для расчета коэффициента сжимаемости, определим сначала средне критические давления и температуру, используя компонентный состав газа, по формулам:
PКР=i=1nPКРi∙yi
TКР=i=1nTКРi∙yi
где Pкрi – температура i-го компонента.
Tкрi – температура i-го компонента;
yi – объемное содержание компонента в газе, д.ед.
Параметры газов возьмем из Таблицы 1:
Таблица 1
«Критические температура давление для газов»
Газы Критическая температура, К
Критическое давление МПа
СН4 (метан) 191 4,49
С2Н6 (этан) 305 4,75
С3Н8 (пропан) 370 4,25
С4Н10 (бутан) 425 3,5
С5Н12 (пентан) 460 3,23
N2 (азот) 126 3,28
H2S (сероводород) 374 8,71
CO2 (углекислый газ) 304 7,15
Воздух 414 3,65
PКР=0,588∙4,49+0,018∙4,75+0,006∙4,25+0,0023∙3,50+0,0012∙3,23+ 0,11∙7,15+0,213∙3,28+0,0615∙8,71≈4,7851 МПа.
ТКР=0,588∙191+0,018∙305+0,006∙370+0,0023∙425+0,0012∙460+ 0,11∙304+0,213∙126+0,0615∙374≈204,83 К.
Определим средне критические давления и температуру, используя формулы А.З.Истомина:
Pср.КР=4,937-0,464∙ρОГ
Тср.КР=171,5∙ρОГ+97
где ρОГ – относительная плотность газа.
Pср.КР=4,937-0,464∙0,802 = 4,565 МПа
Тср.КР=171,5∙0,802 +97= 234,54 К
Рассчитаем приведённые давления и температуру по формулам: PПР=PРАБPср.КР
ТПР=ТРАБТср.КР
Тогда для:
- компонентного состава газа:
PПР=164,7851 =3,34
ТПР=273+58204,83 =1,62
- для значений, вычисленных по А.З.Истомину:
PПР=164,565 =3,51
ТПР=273+58234,54 =1,41
По данным значениям РПР и ТПР определяем коэффициент сжимаемости Z по кривым Брауна (Рисунок 1):
Рисунок 1 - Графики зависимости коэффициента сверхсжимаемости Z углеводородного газа от приведенных псевдокритических давления Рпр и температуры Тпр (по Г.Г
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
