Computation of Hydrate Formation in Gas Pipelines

• Autorzy: Uilhoorn F. F.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono termodynamiczny model pozwalający przewidzieć tworzenie się hydratów w układach jednoskładnikowych i mieszaninach. Model oparto na wyznaczaniu stanu równowagi fazowej, uzyskanego przyjmując kryterium maksymalizacji entropii. W obliczeniach zastosowano bardziej klasyczne podejście, polegające na przyrównaniu fugatywności składników, zamiast potencjału chemicznego. Przeprowadzono weryfikację modelu na zbiorze rzeczywistych danych pomiarowych oraz porównanie z wynikami CSMHYD. Dla różnych rodzajów gazu ziemnego model posiada bezwzględny błąd średni 6,76%. Dla mieszanin z zastosowaniem metanolu jako inhibitora oraz gazów z zawartością wody (stan równowagi dwufazowej) błędy wynoszą odpowiednio 11,6% i 6,07%. Model pozwala na ocenę ryzyka tworzenia się hydratów zarówno dla gazociągów na lądzie jak i gazociągów podmorskich oraz umożliwia określenie optymalnych wartości stężenia metanolu, stopnia osuszania, ciśnienia i temperatury gazu w celu zapewnienia parametrów pracy gazociągu poza zakresem tworzenia się hydratów. Możliwości zastosowania modelu pokazano na przykładzie obliczeniowym.

Słowa kluczowe

PL

hydrat; model termodynamiczny; układ jednoskładnikowy; mieszanina; stan równowagi fazowej; entropia; gazociąg

• Wydawca: Fluid Systems Sp. z o.o
• Czasopismo: Nowoczesne Gazownictwo
• Rocznik: 2005
• Tom: nr 4
• Strony: 43--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Uilhoorn F. F.

• Zakład Inżynierii Gazownictwa, Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Środowiska

Bibliografia

• [1] Sloan Jr., E. D.: Fundamental principles and applications of natural gas hydrates. Nature, 2003.426: p. 353 — 363.
• [2] Van der Waals, J. H., and Platteeuw, J. C.: Clathrate Solutions. Adv. Chem. Phys., 1959. 1: p. 1-57.
• [3] Hansen, H. K., Rasmussen, P., Fredenslund, Aa., Schiller, M., and Gmehling, J.: Vapor-Liquid Equilibria by UNIFAC Group Contribution. 5. Revision and Extension. Ind. Eng. Chem. Res., 1991. 30: p. 2352-2355.
• [4] Krichevsky, I. R., and Kasarnovsky, J. S.: Thermodynamical calculations of solubilities of nitrogen and hydrogen in water athighpressures. J. Amer. Chem. Soc., 1935. 57: p. 2168-2172.
• [5] Klauda, J. B., and Sandler, S. I.: Phase behavior of clathrate hydrates: a model for single and multiple gas component hydrates. Journal Chemical Engineering, 2003. 58(1): p. 27-41.
• [6] Sloan Jr., E. D.: Clathrate hydrates of natural gases. 2 ed. 1998, New York: Marcel Dekker Inc.
• [7] Cao, Z., Tester, J. W., Sparks, K. A., and Trout, B. L.: Molecular Computations Using Robust Hydrocarbon-Water Potentials for Predicting Gas Hydrate Phase Equilibria. J. Phys. Chem. B, 2001. 105: p. 10950-10960.
• [8] Klauda, J. B., and Sandler, S. I.: A Fugacity Model for Gas Hydrate Phase Equilibria. Ind. Eng. Chem. Res., 2000. 39: p. 3377-3386.
• [9] Tse, J. S.: Thermal-Expansion of the Clathrate Hydrates of Ethylene-Oxide and Tetrahydrofuran. J. Phys. (Paris), 1987. 48: p. Cl-543.
• [10] Hirai, H., Kondo, T., Hasegawa, M, Yagi, T., Yamamoto, Y, Komai, T., Nagashima, K., Fujihisa, H., and Aoki, K.: Methane hydrate behavior under high pressure. J. Phys. Chem. B, 2000. 104: p. 1429-1433.
• [11] Yoon, J. -H., and Yoshitaka, Y: PSRK Method for Gas Hydrate Equilibria: I. Simple and Mixed Hydrates. AIChE Journal, 2004. 50(1): p. 203-214.
• [12] Rachford, H. H. J., and Rice, J. D.: Procedure for Use of Electrical Digital Computers in Calculating Flash Yaporization Hydrocarbon Equilibrium. J. Petroleum Technology, 1952. 4(10): p. sec. 1, p. 19 and sec. 2, p. 3.
• [13]Holderbaum, T., and Gmehling, J., PSRK: A Group-Contribution Eąuation of State Based on UNIFAC. Fluid Phase Eąuilibria, 1991. 70: p. 251-265.
• [14] Soave, G.: Equilibrium constants from a modified Redlich-Kwong equation of state. Chem. Eng. Sci., 1972. 27: p. 1197-1203.
• [15] Dahl, S., and Michelsen, M. L.: High-Pressure Vapor-Liquid Equilibrium with a UNIFAC-Based Equation of State. AIChE Journal, 1990. 36(12): p. 1829-1836.
• [16] Powell, M. J. D.: A hybrid method for nonlinear equations, in Numerical Methods for Nonlinear Algebraic Equations, P. Rabinowitz, Editor. 1970, Gordon and Breach: London, p. 87-114.
• [17] Morita, K., Nakano, S., and Ohgaki, K.: Structure and stability of ethane hydrate crystal. Fluid Phase Equilibria, 2000. 169 (2): p. 167-175.
• [18] Subramanian, S., Kini, R., Dec, S. F., and Sloan Jr., E. D.: Evidence of structure II hydrate formation from methane + ethane mixtures. Chem. Eng. Sci., 2000. 55(11): p. 1981-1999.
• [19] Bishnoi, P. R., and Dholabhai, Pankaj D.: Equilibrium conditions for hydrate formation for a ternary mixture of methane, propane and carbon dioxide, and a natural gas mixture in the presence of electrolytes and methanol. Fluid Phase Equilibria, 1999. 158-160: p. 821-827.
• [20] Holder, G. D., and Hand, J. H.: Multiple-Phase Equilibria in Hydrates from Methane, Ethane, Propane and Water Mixtures. AIChE J., 1982. 28(3): p. 440-447.
• [21] Parrish, W. R., and Prausnitz, J. M.: Dissociation Pressure of Gas Hydrates Formed by Gas Mixtures. Ind. Eng. Chem. Process Des. Develop., 1972. 11(1): p. 26-35.
• [22] Equations and Methods. 2004, LIWACOM Informationstechnik GmbH and SIMONE Research Group s.r.o.p. 1-58.
• [23] Hammerschmidt, E. G.: Gas Hydrate Formations: A Further Study on Their Prevention and Elimination from Natural Gas Pipe Lines. GAS, 1939: p. 30-35.
• [24] Nielsen, R. B., and Bucklin, R. W.: Why not use methanol for hydrate control? Hydrocarbon Processing, 1983. 62(4): p. 71-78.
• [25] GPSA Engineering Data Book. 11th ed. Vol. II. 1998, Tulsa, Oklahoma: Gas Processors Association.
• [26] Sloan Jr., E. D., Sparks, K. A., and Johnson, J. J.: Two-Phase Liquid Hydrocarbon-Hydrate Equilibrium for Ethane and Propane. Ind. Eng. Chem. Res., 1987. 26: p. 1173-1179.