Материальный баланс первой ступени сепарации. Материальный баланс первой ступени сепарации Исходные данные

Название	Материальный баланс первой ступени сепарации Исходные данные
Анкор	Материальный баланс первой ступени сепарации
Дата	04.05.2022
Размер	41.44 Kb.
Формат файла
Имя файла	Материальный баланс первой ступени сепарации.docx
Тип	Решение #510911

Материальный баланс первой ступени сепарации

Исходные данные

Вариант 5

Производительность 1,8 млн. т/год.

Обводненность сырой нефти 63 % масс.

Давление 0,75 МПа

Температура 15 °С.

Химический состав нефти приведен в табл. 1.1

Таблица 1.1

Состав неразгазированной нефти (вариант 20)

Компонент	CO₂	N₂	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	i-C₄H₁₀	н-C₄H₁₀	i-C₅H₁₂	н-С₅H₁₂	Остаток	Итого
% мол.	0,20	0,15	17,70	3,51	4,86	1,27	3,32	1,45	2,37	65,17	100,00

Решение

Технологией подготовки нефти предусмотрено, что термодинамические параметры работы рассматриваемого блока соответствует абсолютному давлению и температуре, равных соответственно:

Р = 0,75 МПа; t = 15 °С.

Расчеты разгазирования нефти в сепараторах при небольших давлениях с достаточной для практических целей точностью можно производить по закону Рауля-Дальтона:

где

- мольная доля i-го компонента в образовавшейся газовой фазе, находящейся в равновесии с жидким остатком.;

- мольная доля этого же компонента в жидком остатке;

- константа фазового равновесия i-го компонента при условиях сепарации (в рассматриваемом случае при давлении Р = 0,75 МПа и температуре t = 15 °С).

Для определения покомпонентного состава образовавшейся газовой (паровой) фазы используется уравнение:

где

- мольная доля i-го компонента в исходной эмульсии;

- мольная доля отгона.

Поскольку

, то получим:

Уравнение используется для определения методом последовательного приближения мольной доли отгона

, при заданных составе исходной смеси

, давлении и температуре сепарации.

При расходе нефтяной эмульсии G_э – 1,8 млн. тонн/год часовая производительность установки составит:

Содержание углеводородов в нефтяной эмульсии и константы фазового равновесия (К_i) с учетом условий сепарации приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

Исходные данные для расчета

Компонент смеси	Мольная доля компонента в нефти ( )	Молекулярная масса компонента (M_i), кг/кмоль	К_i
CO₂	0,20	44	23,9
N₂	0,15	28	67,6
CH₄	17,70	16	29,39
С₂Н₆	3,51	30	4,47
С₃Н₈	4,86	44	0,97
изо-С₄Н₁₀	1,27	58	0,46
н-С₄Н₁₀	3,32	58	0,32
изо-С₅Н₁₂	1,45	72	0,08
н-С₅Н₁₂	2,37	72	0,06
С₆Н₁₄+	65,17	86	0,017
	 100		

Составляем уравнения мольных концентраций для каждого компонента в газовой фазе в расчете на 100 молей нефти.

Путём подбора определим такую величину

, при которой выполнится условие:

Подбор величины

приводится в табл. 1.3.
Таблица 1.3.

Определение мольной доли отгона N

Компонент смеси	= 18	= 19,19	= 20
CO₂	0,009	0,009	0,009
Азот N₂	0,008	0,007	0,007
Метан CH₄	0,851	0,807	0,779
Этан С₂Н₆	0,097	0,094	0,093
Пропан С₃Н₈	0,047	0,047	0,047
Изобутан изо-С₄Н₁₀	0,006	0,007	0,007
Н-бутан н-С₄Н₁₀	0,012	0,012	0,012
Изопентан изо-С₅Н₁₂	0,001	0,001	0,001
Н-пентан н-С₅Н₁₂	0,002	0,002	0,002
С₆Н₁₄+	0,013	0,014	0,014
Y_i	1,048	1,000	0,970

Расчеты показали, что из 100 молей сырой нефти в процессе сепарации выделяется 19,19 молей газа.

Составим материальный баланс сепарации в молях на 100 молей сырой нефти. Расчёт приведён в табл. 1.4.

Таблица 1.4.

Мольный баланс процесса сепарации первой ступени

Компонент смеси	Молярный состав сырой нефти (z’_i), %	Газ из сепаратора			Нефть из сепаратора моли (z_i- N₀^г_i)		Мольный состав нефти из блока сепараторов x’_i=( z’_i- N₀^г_i)^.100, % Σ(z’_i- N₀^г_i)
		Молярная концентрация (y’_i)	Моли
CO₂	0,2	0,009	0,17	0,03		0,04
N₂	0,15	0,007	0,14	0,01		0,01
CH₄	17,7	0,807	15,48	2,22		2,75
С₂Н₆	3,51	0,094	1,81	1,70		2,11
С₃Н₈	4,86	0,047	0,91	3,95		4,89
изо-С₄Н₁₀	1,27	0,007	0,13	1,14		1,42
н-С₄Н₁₀	3,32	0,012	0,23	3,09		3,82
изо-С₅Н₁₂	1,45	0,001	0,03	1,42		1,76
н-С₅Н₁₂	2,37	0,002	0,03	2,34		2,89
С₆Н₁₄+	65,17	0,014	0,26	64,91		80,32
Итого	100,00	1,000	19,19	80,8		100,00

Баланс по массе, в расчете на 100 молей сырой нефти приведён в табл. 1.5.

Таблица 1.5.

Массовый баланс процесса сепарации первой ступени

Компонент смеси	Молярный состав сырой нефти ( ), %	Массовый состав сырой нефти M_i^c= ^.M_i	Массовый состав газа из сепаратора M_i^г=N₀^г_i^. M_i	Массовый состав нефти из сепаратора M_i^н= M_i^c- M_i^г	Масса выделившегося газа, относительно сырой нефти R_i^г=100^.M_i^г/ M_i^c , %
CO₂	0,2	8,8	7,48	1,32	85,02
N₂	0,15	4,2	3,95	0,25	94,14
CH₄	17,7	283,2	247,71	35,49	87,47
С₂Н₆	3,51	105,3	54,22	51,08	51,49
С₃Н₈	4,86	213,84	40,04	173,80	18,72
изо-С₄Н₁₀	1,27	73,66	7,25	66,41	9,85
н-С₄Н₁₀	3,32	192,56	13,60	178,96	7,06
изо-С₅Н₁₂	1,45	104,4	1,95	102,45	1,86
н-С₅Н₁₂	2,37	170,64	2,40	168,24	1,40
С₆Н₁₄+	65,17	5604,62	22,53	5582,09	0,40
Итого	100	6761,22	401,13	6360,09	R_см^г=5,93

R_см^г= 0,0593 – массовая доля отгона.

Средняя молекулярная масса газа:

M_ср^г= M_i^г/ N₀^г_i

M_ср^г = 401,13/ 19,19 = 20,9

В блоке сепарации от сырой нефти отделяется только газ.

Исходя из этого, составим материальный баланс блока сепарации с учётом обводненности нефти.

Сырая нефть имеет обводненность 63% масс.

Производительность общего потока Q сырого продукта составляет 214,29 т/ч.

Количество безводной нефти в этом потоке составляет:

Q_н=0,37^.Q =0,37·214,29=79,29 т/ч.

Газ будет отделяться от нефти с производительностью:

Q_г= R_см^г ^.Q_н

Q_г = 0,0593 ^. 79,29 = 4,70 т/ч.

Из сепаратора будет выходить поток жидкого продукта, с производительностью Q_н^сеп по нефти и общей производительностью Q^сеп, соответственно:

Q_н^сеп = Q_н - Q_г= 79,29 – 4,70 = 74,58 т/ч,

Q^сеп= Q_н^сеп+ Q_н^.0,63 = 74,58 + 135,00 = 209,58 т/ч.

Правильность расчёта материального баланса определится выполнением условия:

Q^{до сеп} = Q^{после сеп};

Q^{до сеп} = Q = 79,29 т/ч;

Q^{после сеп} = Q_н^сеп + Q_г;

Q_н^сеп + Q_г = 74,58 + 4,70 = 79,29 т/ч.

Условие выполняется.

Данные по расчету блока сепарации первой ступени сводим в табл. 1.6.

Таблица 1.6.

Материальный баланс сепарации первой ступени

	Приход			Расход
	%масс	т/ч	т/г		%масс	т/ч	т/г
Эмульсия				Эмульсия	97,80
в том числе:				в том числе:
нефть	37	79,29	666000	нефть	35,59	74,58	626487
вода	63	135,00	1134000	вода	64,41	135,00	1134000
				Всего	100	209,58	1760487
Итого	100	214,29	1800000	Газ	2,20	4,70	39513
Итого	100	214,29	1800000	Итого	100	214,29	1800000