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烃/水/甲醇系统相平衡研究及应用

崔成山  
【摘要】:近年来,随着人民生活水平的提高,不仅对能源的需求日益增加,而且也逐渐重视和解决由能源使用所引起的环境污染问题,而天然气是当今世界公认的清洁能源,因此在未来若干年的时间里大力发展天然气具有十分重要的社会效益和环境效益。为了天然气的开发、储运和应用,高效的天然气净化工艺有着重要的实际意义。天然气的净化一般包括脱水,脱硫和脱碳。为了天然气的集输需要开发出准确高效的脱水工艺,准确的进行烃-水-甲醇系统的多元混合物的汽液液相平衡计算是前提条件。本文结合相平衡计算新方法和改进的状态方程模型,对烃-水-甲醇系统及汽提甲醇天然气脱水工艺进行研究。 本文建立了三个传统立方型热力学模型和一个改进的立方型热力学模型子程序模块,用来对烃-水-甲醇系统进行汽液液多相平衡的计算。汽液液多相平衡计算一般包括相稳定性判断和平衡计算两个步骤,计算过程比较复杂。本文提出一种汽液液多相平衡计算新方法,即用FORTRAN语言向商业流程模拟软件PRO/Ⅱ的接口添加用户热力学子程序——用户添加子程序。该方法简单,可靠,只需建立用户自己的热力学方程子程序,当把这些子程序嵌入到PRO/Ⅱ软件中,即可通过图形用户界面来调用,从而给出汽液液多相平衡时存在的相数、各相的量及组成。此外,为了获得准确的烃-水-甲醇系统的相平衡计算结果,还需要能够准确描述烃-水-甲醇系统的热力学模型,在传统的热力学模型基础上,通过修改方程参数,我们引入新改进的Peng-Robinson方程,为后续的烃-水-甲醇系统相平衡计算及汽提甲醇天然气脱水工艺模拟奠定了基础。 本文对十二组分烃、十三组分烃-水和十四组分烃-水-甲醇三个体系,应用不同的传统立方型状态方程和一个新改进的立方型状态方程进行了相平衡计算。前两个体系的逸度系数采用Soave-Redlich-Kwong、Peng-Robinson及Peng-Robinson-Stryjek-Vera方程计算,后一体系的逸度系数除了采用上述三种方程计算,还采用了改进Peng-Robinson方程计算。对计算结果分别绘制成曲线图,结果表明,在烃-水-甲醇系统相平衡预测上,改进的Peng-Robinson方程是一种比较准确而可靠的方程。另外还应用改进的Peng-Robinson方程对汽提甲醇天然气脱水工艺进行模拟研究,考察各个操作变量对工艺其它变量的影响,得出此工艺能高效的脱除天然气水分。


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