Научная статья на тему 'Концепция фазового поведения и основные принципы построения фазовых диаграмм углеводородных смесей с малой концентрацией высокомолекулярных компонентов'

Концепция фазового поведения и основные принципы построения фазовых диаграмм углеводородных смесей с малой концентрацией высокомолекулярных компонентов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
118
22
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вести газовой науки
ВАК
Область наук
Ключевые слова
АДИАБАТИЧЕСКАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ / ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ / ФАЗА / МИКРОФАЗА / МАКРОФАЗА / УГЛЕВОДОРОДНАЯ СМЕСЬ / КОНДЕНСАЦИЯ / КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ / ADIABATIC CALORIMETRY / PHASE EQUILIBRIA / PHASE / MICROPHASE / MACROPHASE / HYDROCARBON MIXTURE / CONDENSATION / CRYSTALLIZATION

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Булейко В.М., Григорьев Б.А., Музыкина В.С., Булейко Д.В.

В статье представлены результаты прецизионных калориметрических измерений фазового поведения бинарных, тройных и 8-компонентных углеводородных смесей с малым содержанием высокомолекулярных компонентов. Теплоемкость, температурная производная давления при постоянном объеме, внутренняя энергия и давление были измерены в температурном диапазоне от 100 до 370 К и при давлениях от 0,1 до 40 МПа. Исследования показали, что фазовое поведение углеводородных смесей, содержащих малое количество высокомолекулярных компонентов, в значительной степени трансформировано по сравнению с традиционными представлениями. Углеводородная смесь расщепляется на макрофазу, обогащенную фракцией С1-C3, и ряд микрофаз, обогащенных тяжелыми углеводородами фракции С4+.На основе полученных экспериментальных данных сформулированы концепция фазового поведения и основные принципы построения фазовых диаграмм углеводородных смесей, содержащих малое количество высокомолекулярных компонентов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Булейко В.М., Григорьев Б.А., Музыкина В.С., Булейко Д.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The concept of phase behavior and basic principles to construct of phase diagrams for hydrocarbon mixtures when heavy hydrocarbons exist in small amounts

The present work shows the accurate calorimetric measurements of the phase equilibrium of the binary, ternary and eight-component hydrocarbon mixtures. Heat capacity, temperature derivative of pressure at constant volume, internal energy and pressure as functions of temperature for these systems have been measured in the temperature range from 100 to 370 K and in the pressure range from 0.1 to 40 MPa.Investigations show that when the heavy hydrocarbons exist in small amounts, the phase behavior of hydrocarbon mixture is drastically transformed compared to the classical concepts. The hydrocarbon mixture splits into a macrophase enriched by the С1-C3 fraction, and a set of microphases enriched by heavy hydrocarbons of the С4+ fraction. Based on experimental data the concept of phase behavior and basic principles of phase diagrams construction for hydrocarbon mixtures when heavy hydrocarbons exist in small amounts have been formulated.

Текст научной работы на тему «Концепция фазового поведения и основные принципы построения фазовых диаграмм углеводородных смесей с малой концентрацией высокомолекулярных компонентов»

УДК 622.279.72

Концепция фазового поведения и основные принципы построения фазовых диаграмм углеводородных смесей с малой концентрацией высокомолекулярных компонентов

В.М. Булейко1*, Б.А. Григорьев1, В.С. Музыкина1, Д.В. Булейко2

1 ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Российская Федерация, 142717, Московская обл., Ленинский р-н, с.п. Развилковское, пос. Развилка, Проектируемый пр-д № 5537, вл. 15, стр. 1

2 ИПНГ РАН, Российская Федерация, 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 3 * E-mail: V_Buleiko@vniigaz.gaprom.ru

Ключевые слова

адиабатическая калориметрия, фазовые равновесия, фаза,

микрофаза, макрофаза, углеводородная смесь,

конденсация, кристаллизация.

Экспериментальные данные являются основой современных методов построения фазовых диаграмм углеводородных смесей [1-3]. Точность расчетных методов в значительной степени предопределена возможностью эксперимента выявлять все фазовые переходы и, как результат, возможностью локализовать все фазы системы. Метод прецизионной адиабатической калориметрии позволяет с высокой точностью строить фазовые диаграммы многокомпонентных смесей. Использование конечных скачков изохорной теплоемкости и температурной производной давления для локализации фазовых переходов имеет значительное преимущество при исследовании фазовых переходов в многокомпонентных системах по сравнению с традиционными РУТ1-исследованиями.

Исследования, выполненные авторами с использованием метода прецизионной адиабатической калориметрии, позволили установить, что фазовое поведение углеводородных смесей, содержащих малое количество высокомолекулярных компонентов, имеет ряд особенностей. При всей своей индивидуальности в случае малой концентрации высокомолекулярных компонентов в смеси их воздействие на фазовое состояние системы в целом носит общий характер. Анализ результатов исследования фазового поведения бинарных, тройных и 8-компонентных углеводородных смесей с малым содержанием высокомолекулярных компонентов позволил выявить общие закономерности фазового поведения газоконденсатных смесей с низким конденсатным фактором. В предлагаемой работе на основе полученных экспериментальных данных рассматриваются концепция фазового поведения и основные принципы построения фазовых диаграмм углеводородных смесей, содержащих малое количество высокомолекулярных компонентов. Следует подчеркнуть, что предложенные принципы требуют расширенной экспериментальной проверки для других, не охваченных экспериментом, высокомолекулярных компонентов.

PVT - акроним от англ. pressure, volume, temperature (давление, объем, температура).

Тезисы. В статье представлены результаты прецизионных калориметрических измерений фазового поведения бинарных, тройных и 8-компонентных углеводородных смесей с малым содержанием высокомолекулярных компонентов. Теплоемкость, температурная производная давления при постоянном объеме, внутренняя энергия и давление были измерены в температурном диапазоне от 100 до 370 К и при давлениях от 0,1 до 40 МПа. Исследования показали, что фазовое поведение углеводородных смесей, содержащих малое количество высокомолекулярных компонентов, в значительной степени трансформировано по сравнению с традиционными представлениями. Углеводородная смесь расщепляется на макрофазу, обогащенную фракцией С1-С3, и ряд микрофаз, обогащенных тяжелыми углеводородами фракции С4+.

На основе полученных экспериментальных данных сформулированы концепция фазового поведения и основные принципы построения фазовых диаграмм углеводородных смесей, содержащих малое количество высокомолекулярных компонентов.

Составы исследованных смесей углеводородов, % мол.

№ смеси СН4 С2Н6 С3Н8 1С4Н10 ПС5Н12 иС7Н16 ПС8Н18 пС10Н22 ПС16Н32

1 90,85 5,41 2,15 0,58 0,23 0,19 — 0,11 0,48

2 79,79 — 17,16 — — 3,05 — — —

3 92,68 — 6,32 — — — 1,00 — —

4 93,61 — 6,39 — — — — — —

5 93,56 — 6,38 — — — — 0,06 —

6 93,50 — 6,38 — — — — 0,12 —

7 93,38 — 6,37 — — — — 0,25 —

8 93,15 — 6,36 — — — — 0,50 —

9 92,62 — 6,33 — — — — 1,05 —

10 91,69 — 6,30 — — 2,01 — — —

11 92,44 — 6,31 — — 1,25 — — —

12 93,13 — 6,36 — — 0,51 — — —

13 93,38 — 6,37 — — 0,25 — — —

14 93,61 — 6,39 — — — — — —

Экспериментальная установка, методика исследований

Технология построения методом прецизионной адиабатической калориметрии фазовых диаграмм при исследовании бинарных, тройных и 8-компонентных углеводородных смесей с малым содержанием высокомолекулярных компонентов реализована на прецизионном калориметрическом комплексе, подробно описанном ранее [4-7]. Экспериментальный комплекс позволяет непосредственно измерять термодинамические потенциалы углеводородов (внутреннюю энергию П; плотность термодинамического потенциала О/У = —Р, где О - большой термодинамический потенциал, У — объем, Р — давление) и их температурные производные (теплоемкость СУ, температурную производную давления (дР/дТ)У при постоянном объеме) в диапазоне температуры Т = 110...420 К и при давлении до 60 МПа. На основе измеренных значений термодинамических потенциалов и их температурных производных построены фазовые диаграммы бинарных, тройных и 8-компонентных углеводородных смесей, содержащих малое количество высокомолекулярных компонентов. Фазовые переходы локализовались по скачкам непосредственно измеряемых значений теплоемкости и температурной производной давления по температуре при постоянном объеме. Измерения выполнены по оригинальной методике ГСССД МЭ 118-052. Составы исследованных смесей представлены в таблице.

Углеводородные смеси готовились в специальном пробоотборнике на основе имеющейся у авторов коллекции химически чистых компонентов углеводородов алканового ряда. Перед заполнением углеводородными компонентами пробоотборник тщательно промывался и в течение суток вакуумировался. После этого его взвешивали с точностью 0,05 мг на аналитических весах. Компоненты углеводородов подавались в пробоотборник поочередно, начиная с высокомолекулярных компонентов, по мере снижения их молекулярного веса. После закачки каждого последующего компонента пробоотборник взвешивали.

Приготовленная смесь подавалась в калориметрическую ячейку по системе капилляров. Для контроля состава закачиваемой в калориметрическую ячейку смеси количество вещества в пробоотборнике подбиралось так, чтобы заведомо обеспечить однофазное состояние смеси при комнатной температуре. Для обеспечения однородности углеводородная смесь в ячейке перемешивалась при помощи магнитной мешалки, приводимой каждые 10 с в действие электромагнитным полем, создаваемым посредством соленоида.

Для построения фазовой диаграммы углеводородной смеси в требуемом диапазоне плотностей ячейка заполнялась углеводородной смесью в максимальном количестве, обеспечивающем наибольшую плотность. Далее в процессе исследований плотность смеси уменьшалась

ГСССД МЭ 118-05. Методика экспериментального исследования пограничных кривых и изохорной теплоемкости углеводородных смесей в диапазоне температур 110.420 К и давлений до 60 МПа / В. П. Воронов, П. В. Попов, В.М. Булейко; Российский науч.-техн. центр инф. по стандартизации, метрологии и оценке соответствия. — М., 2005. — 42 с.

0,24

<5

сЗ

0,23

0,22

0,21

0,20

0,19

0,18

0,17

V

V

и

Скорость охлаждения, К/ч: - □— 1,33

.....д..... 3,35

АГ<0,03К

270,0

270,5

271,0

271,5

272,0 Г,К

Рис. 1. Зависимости температурной производной давления при постоянном объеме от температуры смеси № 1, измеренные при двух скоростях охлаждения

путем выпуска из ячейки части вещества в пробоотборник. Во время выпуска вещество в ячейке находилось в однофазном состоянии. Изменение массы вещества в ячейке определялось взвешиванием пробоотборника.

В ходе исследования использовались два режима измерений: режим нагрева и режим охлаждения. Оптимальная скорость сканирования без потери точности измерений составляла 0,5...4,5 К/ч. В качестве примера на рис. 1 для смеси № 1 (см. таблицу) представлены зависимости (дР/дТ)¥ от температуры, измеренные при скоростях охлаждения 1,33 и 3,35 К/ч. Видно, что при этих скоростях охлаждения значения температуры образования микрофазы отличаются менее чем на 0,03 К/ч.

Результаты исследования фазового поведения 2-, 3- и 8-компонентных углеводородных смесей с малой концентрацией высокомолекулярных компонентов

На рис. 2 представлена экспериментальная фазовая диаграмма смеси № 1, включающая три ветви формирования микрофаз:

1) С7-микрофаза, обогащенная гептаном;

2) С10-микрофаза, обогащенная деканом;

3) С16-микрофаза, обогащенная гексадеканом. Ветви, соответствующие фазовым огибающим:

1) Б'Е - фазовая огибающая 8-компонентной углеводородной смеси;

2) ББ - фазовая огибающая 7-компонентной углеводородной смеси фракции С^.С^. Микрофаза, обогащенная гексадеканом, присутствует в системе, но не влияет на фазовое поведение «жидкость - пар» 7-компонентной углеводородной смеси;

3)А'Б - фазовая огибающая 6-компонентной углеводородной смеси фракции С1.С7. Микрофазы, обогащенные деканом и гексадеканом, присутствуют в системе, но не влияют на фазовое поведение «жидкость - пар» 6-компонентной углеводородной смеси;

Г,К

Рис. 2. Экспериментальная фазовая диаграмма смеси № 1 (см. таблицу)

Г,К

Рис. 3. Экспериментальная фазовая диаграмма смеси № 3 (см. таблицу)

4) ЛдА - фазовая огибающая 5-компонент-ной углеводородной смеси фракции С^..^. Микрофазы, обогащенные гептаном, деканом и гексадеканом, присутствуют в системе, но не влияют на фазовое поведение «жидкость -пар» 5-компонентной углеводородной смеси.

Ветви БО и ЕЕ' и ЛЛ' являются продолжением линий формирования микрофаз в область пониженного давления.

На рис. 3 представлена экспериментальная фазовая диаграмма смеси № 3. Видно, что наряду с линиями формирования микрофазы (III) и фазовых огибающих углеводородных смесей (бинарной - I и 3-компонент-ной - II) она включает линию расслоения «жидкость - жидкость» (IV), которая ограничена нижней (НКТР) и верхней (ВКТР) критическими точками расслоения. На рис. 3 также представлена фазовая диаграмма V бинарной смеси № 14 (см. таблицу) - псевдокомпоненты исследуемой 3-компонентной смеси.

На рис. 4-6 представлены экспериментальные данные, иллюстрирующие изоморфность, дуализм и независимость фазового поведения микрофаз, образованных высокомолекулярными углеводородными компонентами.

Обсуждение результатов

Ранее технология построения калориметрическим методом фазовых диаграмм углеводородных флюидов продемонстрирована на примере традиционной фазовой диаграммы углеводородной смеси № 2 [4]. Согласно существующим представлениям, особенностями традиционной фазовой диаграммы углеводородной газожидкостной системы являются ее петлеобразный вид, наличие критической точки, криконденбара, крикондентерма и области ретроградных явлений [8]. На диаграмме «давление - температура» двухфазная смесь образует закрытую область. Линия, окружающая эту область, называется фазовой огибающей.

0,7

Р 0,6

сЗ

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

о I

355,62 (октан)

305,48 (декан)

о о

о III

о

160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260

270

Рис. 4. Температурная производная давления при постоянном объеме как функция

температуры смесей № 3 (высокомолекулярный компонент - октан) и № 9 (высокомолекулярный компонент - декан) (см. таблицу) на изохорах, отвечающих плотностям 355,62 и 305,48 кг-м-3 соответственно, иллюстрирующая изоморфность высокомолекулярных углеводородных компонентов

Г,К

Рис. 5. Температурная производная давления при постоянном объеме как функция температуры смеси № 3, иллюстрирующая дуализм высокомолекулярных углеводородных компонентов: арабскими цифрами обозначены плотности, кг-м-3, соответствующие изохорам

Фазовая огибающая состоит из линий точек росы и точек кипения, встречающихся в критической точке смеси. На линии точек росы смесь газообразная и находится в равновесии с зарождающейся жидкостью. Газ (или пар), находящийся при этих условиях, является насыщенным. На линии точек кипения смесь находится в жидком состоянии в равновесии с зарождающимся газом. При этих условиях жидкость является насыщенной. В критической точке в равновесии находятся две одинаковые фазы, их составы эквивалентны составу системы.

Конфигурация фазовой диаграммы углеводородной смеси, содержащей малое количество высокомолекулярных компонентов, качественно отличается от традиционных представлений. Предваряя обсуждение фазового поведения углеводородных смесей, содержащих малое количество высокомолекулярных компонентов, дадим некоторые базовые определения.

1. Будем называть высокомолекулярными компонентами компоненты фракции С4+.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Под выражением «малая концентрация высокомолекулярных компонентов» будем понимать такую концентрацию этих компонентов, при которой начинает отчетливо проявляться необычный характер фазового поведения системы. Причем диапазон концентрации увеличивается с уменьшением молекулярного веса компонента.

3. Здесь уместно, наряду с традиционным определением фазы как макроскопической, физически однородной части вещества, отделенной от остальной части системы границами раздела так, что она может быть извлечена из системы механическим путем [9], ввести понятия микро- и макрофазы [4]. Будем называть микрофазой многокомпонентной смеси с малой концентрацией высокомолекулярных компонентов фазу, состоящую из компонентов, имеющих малую концентрацию в гомогенной исходной смеси. Макрофазой многокомпонентной смеси с малой концентрацией высокомолекулярных компонентов будем называть фазу, состоящую из компонентов, составляющих основную долю гомогенной исходной

г,к

Рис. 6. Фазовые диаграммы смесей № 1 и 5-9 (см. таблицу), иллюстрирующие независимость фазового поведения микрофазы. Для смеси № 1 показана только ветвь

формирования микрофазы декана

смеси. Углеводородная смесь при уменьшении концентрации высокомолекулярных компонентов расслаивается на макро- и микрофазы. Каждая микрофаза обогащена одним высокомолекулярным компонентом.

В основу концепции фазового поведения смесей с малым содержанием высокомолекулярных компонентов должны быть положены следующие принципы:

1) расслаивания системы на макро- и микрофазы. Углеводородная смесь при уменьшении концентрации высокомолекулярных компонентов расслаивается на макро- и микрофазы. Каждая микрофаза обогащена одним высокомолекулярным компонентом;

2) изоморфизма микрофаз. Общий характер поведения микрофаз, морфология их фазовых диаграмм конгруэнтны. С увеличением молекулярного веса компонента эффективность его влияния на фазовое поведение смеси увеличивается, а температурный диапазон смещается в область повышенной температуры;

3) дуализма - двойственности влияния компонента на фазовое поведение и состояние

системы. Каждый компонент провоцирует как формирование микрофазы, так и расслоение жидкой части макрофазы на две жидкие фазы. Эффект того и другого воздействия предопределяется молекулярным весом компонента, его концентрацией в гомогенной исходной смеси, а также термобарическими условиями;

4) независимости микрофаз. Фазовое поведение микрофазы, морфология ее фазовой диаграммы предопределены только концентрацией компонента, формирующего микрофазу, в гомогенной исходной смеси и не зависят от концентрации других высокомолекулярных компонентов. Ветви фазовой диаграммы, соответствующие формированию микрофазы компонента, имеющего одинаковую концентрацию в гомогенной исходной смеси, представленной как псевдобинарная, и в многокомпонентной смеси, конгруэнтны.

Каждая линия формирования микрофазы делит Р-Г-плоскость фазовой диаграммы на две области:

1) левее линии формирования микрофазы, при более низкой температуре, расположена

область макрофазы, включающая также микрофазу, которая практически не влияет на фазовое поведение макрофазы;

2) правее линии формирования микрофазы, при более высокой температуре, расположена область макрофазы с растворенным в ней компонентом микрофазы. Эта область простирается до линии формирования более высокотемпературной микрофазы и включает все вы-сококипящие микрофазы.

Фазовое поведение смесей с малым содержанием высокомолекулярных компонентов благодаря малой концентрации последних отражает специфику поведения этих компонентов в смеси. Отчетливо виден вклад каждого высокомолекулярного компонента в фазовое поведение и состояние системы. Далее проиллюстрируем изложенные принципы фазового поведения смесей с малым содержанием высокомолекулярных компонентов результатами исследования фазового поведения представленных как псевдобинарные углеводородных смесей с малым содержанием высокомолекулярных компонентов.

Экспериментальные фазовые диаграммы смесей № 1 и № 3 демонстрируют расслаивание системы на макро- и микрофазы (см. рис. 2, 3). Каждая микрофаза обогащена одним высокомолекулярным компонентом. Линии С7, С10 и С16 на рис. 2 - это линии формирования микрофаз, обогащенных гептаном, деканом и гексадеканом соответственно. Линия III на рис. 3 - это линия формирования микрофазы, обогащенной октаном.

Общность фазового поведения микрофаз, образованных разными компонентами, и конгруэнтность фазовых диаграмм можно видеть на рис. 4. С изменением молекулярного веса компонента изменяется только температура фазовых переходов.

Двойственность (дуализм) влияния компонентов на фазовое поведение и состояние системы отражает рис. 5. Каждый компонент смеси № 3 провоцирует как формирование микрофазы (III), так и расслоение жидкой части макрофазы на две жидкие фазы (IV). Эффекты того и другого воздействия предопределяются молекулярным весом компонента,

Г,К

Рис. 7. Температурные производные давления при постоянном объеме на изохоре, соответствующей плотности 305,48 кг-м-3, измеренные при нагреве и охлаждении

его концентрацией в гомогенной исходной смеси, а также термобарическими условиями.

Рис. 6 иллюстрирует независимость фазового поведения микрофазы. Видно, что фазовое поведение микрофазы, морфология ее фазовой диаграммы предопределены только концентрацией формирующего микрофазу компонента в гомогенной исходной смеси и не зависят от концентрации других высокомолекулярных компонентов. Ветви микрофаз компонентов, имеющих одинаковую концентрацию в гомогенной исходной смеси № 6, представленной как псевдобинарная (концентрация декана составляет 0,125 % мол.), и 8-компонентной смеси № 1 (на рисунке показана только ветвь формирования микрофазы декана, концентрация декана - 0,112 % мол.), конгруэнтны.

Как отмечалось ранее, измерения проводились в двух режимах: при нагреве и при охлаждении. Как нагрев, так и охлаждение дают совпадающие результаты при локализации точки фазового перехода «жидкость - пар» (рис. 7, см. скачок ЛЕ). Однако при локализации точки формирования микрофазы (скачок СО) наблюдается гистерезис образования (переохлажденная) и разложения микрофазы (АТ). На рис. 7 переохлаждение микрофазы, обогащенной деканом, АТ ~ 2,0 К. Величина переохлаждения зависит от молекулярного веса компонента

(чем тяжелее компонент, тем больше АТ ).

***

Для исследования фазового поведения флюидальных газоконденсатных систем применен оригинальный метод прецизионной адиабатической калориметрии. На основе экспериментальных значений теплоемкости и производной давления по температуре при постоянном объеме построены фазовые диаграммы бинарных, тройных и 8-компонентных углеводородных смесей с малым содержанием высокомолекулярных компонентов.

Исследования показали, что фазовое поведение углеводородных смесей с малой концентрацией высокомолекулярных компонентов существенно трансформировано по сравнению с традиционными представлениями. Установлено, что эти смеси расщепляются на равновесные макро- и микрофазы. Микрофазы изоморфны, и их фазовое поведение не зависит

от концентрации других высокомолекулярных компонентов. Высокомолекулярные компоненты при малой концентрации в смеси провоцируют наряду с формированием микрофаз расслоение жидкой фазы на две фазы.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ). Грант № 19-08-00202.

Список литературы

1. Walas S.M. Phase equilibria in chemical engineering / Stanley M. Walas. - Oxford, UK: Butterworth-Heinemann, 1985. - 664 с.

2. Пирсон С. Д. Учение о нефтяном пласте / С.Д. Пирсон. - М.: Гостоптехиздат, 1961. -570 с.

3. Коган В.Б. Гетерогенные равновесия / В.Б. Коган. - Л.: Химия, 1968. - 432 с.

4. Булейко В.М. Фазовое состояние трехкомпонентной смеси «метан - пропан -декан» с малой концентрацией декана /

В.М. Булейко, Б.А. Григорьев, В.С. Музыкина // Вести газовой науки: Актуальные вопросы исследования пластовых систем месторождений углеводородов. - М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2018. - С. 20-29.

5. Булейко В.М. Исследование фазового поведения углеводородных смесей с низким конденсатным фактором / В.М. Булейко, Б.А. Григорьев, М.С. Овсяникова //

Вести газовой науки: Актуальные вопросы исследования пластовых систем месторождений углеводородов. - М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2017. - С. 4-12.

6. Buleiko V.M. Calorimetric investigation

of hydrates of pure isobutane and iso- and normal butane mixtures / V.M. Buleiko, B.A. Grigoriev, J. Mendoza // Fluid Phase Equilibria. - 2018. -Т. 462. - С. 14-24.

7. Buleiko V.M. Capillary effects on phase behavior of liquid and gaseous propane and dynamics of hydrate formation and dissociation in porous media / V.M. Buleiko, B.A. Grigoriev, V.A. Istomin // Fluid Phase Equilibria. - 2017. -Т. 441. - С. 64-71.

8. Pedersen K.S. Phase behavior of petroleum reservoir fluids / K.S. Pedersen, P.L. Christensen, J.A. Shaikh. - Boca Raton, Florida: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2015. - 445 c.

9. Tarek H.A. Equations of state and PVT analysis: Applications for improved reservoir modeling / Ahmed H. Tarek. - Houston, Texas: Gulf Professional Publishing, 2016. - 614 с.

The concept of phase behavior and basic principles to construct of phase diagrams for hydrocarbon mixtures when heavy hydrocarbons exist in small amounts

V.M Buleyko, B.A. Grigoryev, V.S. Muzykina, D.V. Buleyko

1 Gazprom VNIIGAZ LLC, Bld. 1, Estate 15, Proyektiruemyy proezd no. 5537, Razvilka village, Leninskiy district, Moscow Region, 142717, Russian Federation

2 Oil and Gas Research Institute of Russian Academy of Sciences, Bld. 3, Gubkina street, Moscow, 119333, Russian Federation

* E-mail: V_Buleiko@vniigaz.gaprom.ru

Abstract. The present work shows the accurate calorimetric measurements of the phase equilibrium of the binary, ternary and eight-component hydrocarbon mixtures. Heat capacity, temperature derivative of pressure at constant volume, internal energy and pressure as functions of temperature for these systems have been measured in the temperature range from 100 to 370 K and in the pressure range from 0.1 to 40 MPa.

Investigations show that when the heavy hydrocarbons exist in small amounts, the phase behavior of hydrocarbon mixture is drastically transformed compared to the classical concepts. The hydrocarbon mixture splits into a macrophase enriched by the C1-C3 fraction, and a set of microphases enriched by heavy hydrocarbons of the C4+ fraction. Based on experimental data the concept of phase behavior and basic principles of phase diagrams construction for hydrocarbon mixtures when heavy hydrocarbons exist in small amounts have been formulated.

Keywords: adiabatic calorimetry, phase equilibria, phase, microphase, macrophase, hydrocarbon mixture, condensation, crystallization.

References

1. WALAS, S.M. Phase equilibria in chemical engineering. Oxford, UK: Butterworth-Heinemann, 1985.

2. PIRSON, S.J. Oil reservoir engineering [Ucheniye o neftyanom plaste]. Translated from English. Moscow: Gostoptekhizdat, 1961. (Russ.).

3. KOGAN, V.B. Heterogeneous equilibria [Geterogennyye ravnovesiya]. Leningrad: Khimiya, 1968. (Russ.).

4. BULEYKO, V.M., B.A. GRIGORYEV, V.S. MUZYKINA. Phase state of ternary mixture methane-propane-decane with low decane concentration. Vesti Gazovoy Nauki: collected scientific technical papers. Moscow: Gazprom VNIIGAZ LLC, 2018, no. 5 (37): Actual issues in research of bedded hydrocarbon systems, pp. 20-29. ISSN 2306-9849. (Russ.).

5. BULEYKO, V.M., B.A. GRIGORYEV, M.S. OVSYANIKOVA. Investigation of phase behavior of hydrocarbon mixtures with low condensate ratios [Issledovaniye fazovogo povedeniya uglevodorodnykh smesey s nizkim kondensatnym faktorom]. Vesti Gazovoy Nauki: collected scientific technical papers. Moscow: Gazprom VNIIGAZ LLC, 2017, no. 2 (30): Actual issues in research of bedded hydrocarbon systems, pp. 4-13. ISSN 2306-8949. (Russ.).

6. BULEIKO, V.M., B.A. GRIGORIEV, J. MENDOZA. Calorimetric investigation of hydrates of pure isobutane and iso- and normal butane mixtures. Fluid Phase Equilibria. 2018, vol. 462, pp. 14-24. ISSN 0378-3812.

7. BULEIKO, V.M., B.A. GRIGORIEV, V.A. ISTOMIN. Capillary effects on phase behavior of liquid and gaseous propane and dynamics of hydrate formation and dissociation in porous media. Fluid Phase Equilibria. 2017, vol. 441, pp. 64-71. ISSN 0378-3812.

8. PEDERSEN, K.S., P.L. CHRISTENSEN, J.A. SHAIKH. Phase behavior of petroleum reservoir fluids. Boca Raton, Florida: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2015.

9. TAREK, H. Ahmed. Equations of state and PVT analysis: Applications for improved reservoir modeling. Houston, Texas: Gulf Professional Publishing, 2016.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.