26384

مدل سازي ترموديناميكي تعادل گاز اسيدي با آب سازندي بر پايه روش هاي تلفيقي گيبس اضافي و معادلات حالت درجه سوم

كارشناسي ارشد

مهندسي نفت

98

23.1.1401

دكتر مهدي عصاره

مهندسي شيمي و نفت

عليرغم كارهاي تحقيقاتي متعددي كه در زمينه ي جذب و به دام اندازي گاز هاي اسيدي و رفتار كربن دي اكسيد در زيرسطح زمين (لايه هاي زير سطح زمين) انجام شده است، هنوز نياز به درك و تحقيقات بيشتري با هدف مجذوب كردن سياست گذاران دولتي دارد. اتخاذ فناوري به دام اندازي گاز هاي اسيدي به عنوان يكي از موثرترين ابزارها براي مقابله با تهديدهاي گرمايش زمين است. براي پي بردن به رفتار گاز هاي اسيدي در سفره هاي آب شور زير زميني بايد رفتار هاي تعادلي بين گاز اسيدي و آب هاي زير زميني مورد بررسي قرار گيرد. گاز اسيدي يك مخلوط گاز طبيعي حاوي مقادير قابل توجهي گازهاي سمي مانند سولفيد هيدروژن و كربن دي اكسيد است. گاز اسيدي معمولاً بايد در كارخانه فرآوري گاز طبيعي تصفيه شود تا ناخالصي‌هاي شيميايي حذف و گاز براي حمل و نقل درون خط لوله ، ايمن در نظر گرفته شود. پيش بيني دقيق حلاليت كربن دي اكسيد و هيدروژن سولفيد در سفره هاي آب شور براي جذب و ذخيره ي گاز اسيدي بسيار مهم است. به همين دليل يك مدل ترموديناميكي مناسب و دقيق براي پيش‌بيني رفتار فاز سيستم‌هاي آب نمك، كربن دي اكسيد و هيدروژن سولفيد در طيف وسيعي از دما، فشار و مولاليته نمك مورد نياز است. هدف اين مطالعه توسعه يك مدل ترموديناميكي مبتني بر معادله حالت مكعبي و مدل الكتروليتي براي محلول هاي الكتروليت بر اساس تعادل گاز-مايع است كه مي‌تواند رفتار فاز سيستم‌هاي آب نمك، كربن دي اكسيد و هيدروژن سولفيد را به دقت توصيف كند. معادله حالت پنگ رابينسون و مدل پيتزر براي مدل سازي سيستم تعادلي آب نمك، كربن دي اكسيد و هيدروژن سولفيد شامل گونه هاي نمكي مهم آب هاي سازندي (BrSO2,NaCl,KCl,MgCl2,CaCl2) استفاده مي شوند. اين مدل براي در نظر گرفتن اثرات گونه‌هاي مختلف نمك بر روي حلاليت كربن دي اكسيد و سولفيد هيدروژن در فاز آبي، كه مي‌تواند شرايط زمين‌شناسي معمولي را پوشش دهد، گسترش يافته است (فشار بين 0-500 بار، دما بين 273-473 كلوين و نمك بين 0-3 مولاليته). براي به دست آوردن خواص فاز گازي از معادله حالت پنگ رابينسون و براي خواص فاز مايع از مدل پيتزر استفاده شده است. مدل طراحي شده به گونه اي است كه ابتدا با استفاده از فريكسي، مدل پيتزر و معادله حالت پنگ رابينسون براي انحلال گاز ها مدل سازي شده است. سپس با استفاده از شبكه عصبي مصنوعي بين داده هاي بدست آمده از فريكسي ارتباط ايجاد كرده و مدل شبكه عصبي توسعه داده شده است. در نهايت با مقايسه بين مدل توسعه داده شده و فريكسي، دقت مدل مورد بررسي قرار گرفته است. طبق نتايج اين پژوهش مي توان گفت مدل سازي انحلال كربن دي اكسيد، هيدروژن سولفيد و گاز اسيدي درون آب خالص و آب شور يك روش بسيار كار آمد براي به دام اندازي گاز ها است. نتايج به دست آمده براي فريكسي در مقايسه با نتايج آزمايشگاهي خطاي نسبي كمتر از يك درصد در پيشبيني انحلال كربن دي اكسيد و هيدروژن سولفيد در آب شور و آب خالص نشان مي دهد. همچنين مدل سازي شبكه ي عصبي گاز كربن دي اكسيد و هيدروژن سولفيد درون آب خالص و سازندي داراي دقت قابل قبولي است. ميانگين خطاي موجود بين مدل شبكه عصبي و فريكسي در مدل سازي مول حل شده كربن دي اكسيد درون محلول برابر 0.0589 و براي هيدروژن سولفيد برابر 0.3934 درصد است. پس از انجام مدل سازي گاز اسيدي درون آب سازندي و خالص با استفاده از تعادل مايع-گاز و مقايسه نتايج به دست آمده با فريكسي خطاي نسبي به دست آمده بين 0.01 تا 1 درصد است. با توجه به نتايج به دست آمده از مدل سازي هاي انجام شده در اين پژوهش مدل شبكه عصبي توسعه داده شده قابليت خوبي در پيش بيني انحلال كربن دي اكسيد، هيدروژن سولفيد و گاز اسيدي در آب شور و آب خالص دارد.

1401/02/04

Thermodynamic modeling of acid gas equilibrium with formation water based on combined Gibbs ex-cess methods and cubic equations

4/12/2023 12:00:00 AM

Despite numerous studies on the uptake into acidic gases and the behavior of CO2 in the subsoil (ie, the subsurface layers), there is still a need to understand and research the land with the aim of captivating the country's policies. It has a government. As a result, we need to look for acid gases in aquifers below ground. Acid gas is a mixture of natural gas, containing significant amounts of acid gases such as hydrogen sulfide (H2S) and carbon dioxide (CO2). Acid gas usually must be treated at a nat-ural gas processing plant to remove these chemical impurities and to make the gas safe for pipeline transportation. Accurate prediction of CO2 and H2S solubility in saline aquifers is crucial for the uptake and storage of acidic gases. An appropriate and accurate thermodynamic model is required to predict the phase behavior of CO2-H2S-salt water systems over a wide range of salt tem-perature, pressure and moiety. The aim of this study is to develop a thermodynamic model based on the cubic equation and a thermodynamic model for electrolyte solutions that can accurately describe the phase behavior of CO2-H2S- brine systems. The Peng-Robinson state equation and the Pitzer model are used to model the CO2-H2S brine equilibrium system - including salt species (NaCl, KCl, MgCl2, CaCl2) and ions (Br, Sr, SO4). To be. This model has been developed to consider the effects of different salt species on the solubility of CO2 and H2S in aqueous phase solutions, which can cover normal geological conditions (pres-sure between 0-500 bar, temperature between 273-473 Kelvin and salt between 0-3 Molali-ty). We use the Peng-Robinson state equation to obtain the gas phase properties and the Pitzer model for the liquid phase properties. Using the Pitzer equation, we first use Phreeqc to simulate the Pitzer equation for soluble species, and then, using in-depth learning, we make a connection between Phreeqc and the model we have developed. Finally, by comparing the developed model with Phreeqc software, we examine the accuracy of the model.

گازهاي اسيدي , به دام اندازي در لايه هاي زير زميني , معادلات حالت درجه سه , ضريب فعاليت پيتزر , شبكه عصبي , تعادل گاز مايع

Pitzer , Acid gas , gas sequestration , EOS , neural network

ehsan bozorgwar

Dr. mehdi assareh