23095

مدل‌سازي رسوب گوگرد عنصري از گاز طبيعي به كمك معادله حالت PC-SAFT

كارشناسي ارشد

مخازن هيدروكربوري

1396

1399/8/28

دكتر مهدي عصاره

مهندسي شيمي، نفت و گاز

اجزاي گوگردي مانند هيدروژن¬سولفيد، مركاپتان¬ها و گوگرد عنصري در گاز ترش موجب بروز مشكلات عملياتي در مخازن، تجهيزات سطحي و شبكه انتقال گاز طبيعي مي¬گردند. رسوبات گوگردي در سازند تراوايي اطراف چاه را كاهش مي¬دهند و در مواردي حتي موجب بسته شدن چاه مي¬شود. در سطح زمين نيز در مكان¬هايي مثل جريان‌سنج‌ها و فشارسنج‌ها كه دما و فشار تغيير مي¬كند اين پديده گزارش شده است. به‌منظور جلوگيري از صدمات و ضررهاي اقتصادي، توسعه مدل¬هاي ترموديناميكي براي فهم بهتر پديده رسوب گوگردي ضروري است. مدل¬سازي رسوب گوگرد عنصري نقش بسيار مهمي در پيش‌بيني شرايط عملياتي پيدايش گوگرد جامد، محل و مقدار رسوب دارد. ازاين‌رو، در اين پايان¬نامه تلاش شده است كه يك مدل ترموديناميكي مناسب با دقت بالا جهت پيش¬بيني انحلال¬پذيري گوگرد عنصري در گاز ترش ارائه شود. در مدل معرفي شده از دو معادله حالت پنگ رابينسون و PC-SAFT براي محاسبات تعادلي جامد-گاز استفاده شده است. همچنين دقت محاسباتي اين دو معادله نيز باهم مقايسه شده¬اند. براي بهبود محاسبات حلاليت گوگرد عنصري، ضرايب اندركنش دوتايي بين گوگرد و سه جز اصلي گاز ترش يعني، هيدروژن¬سولفيد، كربن¬دي¬اكسيد و متان در چهار حالت مختلف بهينه¬سازي مي¬شوند. حالت-هاي تعريف شده براي ضرايب اندركنش به اين صورت هستند: حالت اول ضريب اندركنش دوتاي kij به‌صورت مستقل از دما بهينه مي¬شود. حالت دوم¬ ضريب اندركنش دوتايي kij به‌صورت تابعي از دما بهينه مي¬شود. حالت سوم: ضريب اندركنش دوتايي kij و lij به‌صورت مستقل از دما بهينه مي¬شوند. حالت چهارم ضرايب اندركنش دوتايي kij و lij به‌صورت مجزا براي هر دما بهينه مي¬شوند. براي اعتبار سنجي قدرت محاسباتي دو معادله حالت مذكور، ابتدا نتايج مدل¬سازي حلاليت گوگرد عنصري در گازهاي خالص هيدروژن¬سولفيد، كربن¬دي¬اكسيد و متان به ترتيب با 35، 22 و 16 داده آزمايشگاهي مقايسه مي¬شوند. ميانگين خطاي محاسباتي كل براي گازهاي خالص هيدروژن¬سولفيد، كربن¬دي¬اكسيد و متان با معادله حالت پنگ رابينسون بهبوديافته به ترتيب 0.029، 0.0677 و 0.1613 و با معادله حالت PC-SAFT به ترتيب 0.021، 0.0627 0.18 است. نتايج حاصل از اين دو روش مدل¬سازي با نتايجي پيشين مقايسه مي¬شود. همچنين محاسبات حلاليت گوگرد عنصري در مخلوط گاز ترش توسط اين دو معادله حالت انجام شده است. يكي ديگر از دست¬آوردهاي مهم اين پژوهش، محاسبه پارامترهاي معادله حالت PC-SAFT براي گوگرد عنصري با استفاده از داده¬هاي آزمايشگاهي فشار بخار و چگالي مايع گوگرد خالص است.

1399/10/29

Modeling of elemental sulfur deposition from natural gas using the PC-SAFT equation of state

11/19/2021 12:00:00 AM

Sulfur components such as hydrogen sulfide, mercaptans, and elemental sulfur in sour gas cause operational problems in reservoirs, surface equipment, and natural gas transmission networks. Sulfur deposits in the formation around the well reduce production and in some cases even cause the well to block. At surface, this phenomenon has also been reported in places such as flowmeters and barometers where temperature and pressure change. In order to prevent economic losses, the development of thermodynamic models is necessary to better understand the phenomenon of sulfur deposition. Elemental sulfur deposition modeling plays a very important role in predicting the operating conditions of solid sulfur formation, location and amount of deposit. Therefore, in this dissertation, an attempt has been made to provide a suitable thermodynamic model with high accuracy to predict the solubility of elemental sulfur in sour gas. In the introduced model, two equations of Peng Robinson state and PC-SAFT are used for solid-gas equilibrium calculations. The computational accuracy of these two equations is also compared. To improve the solubility calculations of elemental sulfur, the binary interaction coefficients between sulfur and the three main components of sour gas, namely hydrogen sulfide, carbon dioxide and methane, are optimized in four different modes. The modes defined for the binary interaction parameters are as follows: The first mode optimizes the kij BIP independently of temperature. The second case, the kij BIP, is optimized as a function of temperature. Case 3: The Two kind binary interaction parameters kij and lij are optimized independently of temperature. Fourth mode kij and lij are optimized separately for each temperature. To validate the computational power of the equation of states, first, the modeling results of elemental sulfur solubility in pure hydrogen sulfide, carbon dioxide, and methane are compared with 35, 22, and 16 experimental data, respectively. The average total computational error for pure hydrogen sulfide, carbon dioxide and methane gases with improved Peng-Robinson equation is 0.029, 0.0677 and 0.1613, respectively, and with PC-SAFT equation of state 0.021, 0.0627 0.18, respectively. The results of these two modeling methods are compared with previous results. These equations of states have also been used to calculate the solubility of elemental sulfur in a sour gas mixture. Another important achievement of this research is the calculation of PC-SAFT state equation parameters for elemental sulfur using experimental data on vapor pressure and pure liquid sulfur density.

گوگرد عنصري , پي سي-سفت , حلاليت جامد در گاز , پارامترهاي معادله حالت پي سي-سفت

PC-SAFT , Solid solubility in supercritical gas , Elemental sulfur , Sour gas problems , Elemental sulfur deposition