1.1.2. Материальный баланс второй ступени
Термодинамические параметры работы рассматриваемого блока равны:
Р = 0,4 МПа; t = 200С.
Содержание углеводородов в нефтяной эмульсии и константы фазового равновесия (Кi) с учетом условий сепарации приведены в табл. 8.
Таблица 8.
Исходные данные для расчета
№ п/п |
Компонент смеси |
Мольная доля компонента в нефти ( ) |
Молекулярная масса компонента (Mi), кг/кмоль |
Кi |
1 |
СО2 |
0,011 |
44 |
53,1 |
2 |
N2 |
0,03 |
28 |
131,5 |
3 |
CH4 |
4,21 |
16 |
58,2 |
4 |
С2Н6 |
1,06 |
30 |
9,3 |
5 |
С3Н8 |
4,75 |
44 |
2,08 |
6 |
изо-С4Н10 |
2,22 |
58 |
0,99 |
7 |
н-С4Н10 |
5,25 |
58 |
0,7 |
8 |
изо-С5Н12 |
2,45 |
72 |
0,19 |
9 |
н-С5Н12 |
3,66 |
72 |
0,14 |
10 |
С6Н14+ |
76,35 |
210 |
0,05 |
|
|
100,00 |
~ |
- |
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. 9.
Таблица 9.
Определение мольной доли отгона N
Компонент смеси |
= 3,7 |
= 4,23 |
СО2 |
0,002 |
0,002 |
Азот N2 |
0,006 |
0,005 |
Метан CH4 |
0,786 |
0,716 |
Этан С2Н6 |
0,076 |
0,073 |
Пропан С3Н8 |
0,095 |
0,095 |
Изобутан изо-С4Н10 |
0,022 |
0,022 |
Н-бутан н-С4Н10 |
0,037 |
0,037 |
Изопентан изо-С5Н12 |
0,005 |
0,005 |
Н-пентан н-С5Н12 |
0,005 |
0,005 |
Гексан и выше С6Н14 + |
0,040 |
0,040 |
Yi |
1,073 |
1,000 |
Расчеты показали, что из 100 молей сырой нефти в процессе сепарации выделяется 4,23 молей газа. Составим материальный баланс сепарации в молях на 100 молей сырой нефти. Расчёт приведён в табл. 10.
Таблица 10.
Мольный баланс процесса сепарации второй ступени
Компонент смеси |
Молярный состав сырой нефти (z’i), % |
Газ из сепаратора |
Нефть из сепаратора моли (z’i - N0гi) |
Мольный состав нефти из блока сепараторов x’i=( z’i- N0гi).100, % Σ(z’i- N0гi) |
|
Молярная концентрация (y’i) |
Моли
|
||||
СО2 |
0,01 |
0,002 |
0,01 |
0,00 |
0,00 |
N2 |
0,03 |
0,005 |
0,02 |
0,00 |
0,00 |
Продолжение табл.10
CH4 |
4,21 |
0,716 |
3,03 |
1,18 |
1,23 |
С2Н6 |
1,06 |
0,073 |
0,31 |
0,75 |
0,79 |
С3Н8 |
4,75 |
0,095 |
0,40 |
4,35 |
4,54 |
изо-С4Н10 |
2,22 |
0,022 |
0,09 |
2,13 |
2,22 |
н-С4Н10 |
5,25 |
0,037 |
0,16 |
5,09 |
5,31 |
изо-С5Н12 |
2,45 |
0,005 |
0,02 |
2,43 |
2,54 |
н-С5Н12 |
3,66 |
0,005 |
0,02 |
3,64 |
3,80 |
С6Н14+ |
76,35 |
0,040 |
0,17 |
76,35 |
79,58 |
Итого |
100,00 |
1,000 |
N0гi 4,23 |
95,94 |
100,00 |
Баланс по массе, в расчете на 100 молей сырой нефти приведён в табл. 11.
Таблица 11.
Массовый баланс процесса сепарации второй ступени
Компонент смеси |
Молярный состав сырой нефти ( ), % |
Массовый состав сырой нефти Mic= .Mi |
Массовый состав газа из сепаратора Miг=N0гi. Mi |
Массовый состав нефти из сепаратора Miн= Mic- Miг |
Масса выделившегося газа, относительно сырой нефти Riг=100.Miг/ Mic , % |
СО2 |
0,01 |
0,49 |
0,34 |
0,15 |
70,11 |
N2 |
0,03 |
0,76 |
0,65 |
0,11 |
85,31 |
CH4 |
4,21 |
67,33 |
48,47 |
18,86 |
71,99 |
С2Н6 |
1,06 |
31,90 |
9,29 |
22,61 |
29,12 |
С3Н8 |
4,75 |
209,12 |
17,60 |
191,52 |
8,41 |
изо-С4Н10 |
2,22 |
128,85 |
5,40 |
123,46 |
4,19 |
н-С4Н10 |
5,25 |
304,44 |
9,13 |
295,31 |
3,00 |
изо-С5Н12 |
2,45 |
176,70 |
1,47 |
175,23 |
0,83 |
н-С5Н12 |
3,66 |
263,79 |
1,62 |
262,17 |
0,61 |
С6Н14+ |
76,35 |
6566,07 |
14,47 |
6566,07 |
0,22 |
Итого |
100,00 |
Mic=7749,43 |
Miг =108,43 |
Miн=7655,47 |
Rсмг= 1,40 |
Rсмг=0,0140– массовая доля отгона.
Средняя молекулярная масса газа:
Mсрг= Miг/ N0гi
Mсрг = 108,43 / 4,23 = 25,63
Плотность газа:
кг/м3,
Плотность газа при н.у:
кг/м3
Таблица 12.
Характеристика газа, выделяющегося в сепараторе
Компонент смеси |
Молярная концентрация N0гi/N0гi |
Молекулярная масса (Mi) |
Массовый состав [N0гi/N0гi].Mi.100 , % Mсрг |
Содержание тяжёлых углеводородов [N0гi/N0гi].Mi.ср.103, г/м3 Mсрг |
СО2 |
0,00 |
44 |
0,20 |
~ |
N2 |
0,01 |
28 |
1,35 |
~ |
CH4 |
0,75 |
16 |
52,06 |
~ |
С2Н6 |
0,07 |
30 |
9,33 |
~ |
С3Н8 |
0,10 |
44 |
18,90 |
253,77 |
изо-С4Н10 |
0,02 |
58 |
5,57 |
74,77 |
н-С4Н10 |
0,04 |
58 |
9,39 |
126,12 |
изо-С5Н12 |
0,00 |
72 |
1,53 |
20,54 |
н-С5Н12 |
0,01 |
72 |
1,68 |
22,56 |
С6Н14+ |
- |
195,37 |
- |
|
Итого |
1,00 |
~ |
100,00 |
497,76 |
Составим материальный баланс блока без сбора воды:
Qг = Rсмг .Qн
Qг = 0,0140 . 30,73 = 0,43 т/ч.
Из сепаратора будет выходить поток жидкого продукта, с производительностью Qнсеп по нефти и общей производительностью Qсеп, соответственно:
Qнсеп = Qн - Qг = 30,73 – 0,43 = 30,30 т/ч,
Qсеп = Qнсеп+ Q . Н2О = 30,30 + 32,08 = 62,39 т/ч.
Данные по расчету блока сепарации второй ступени сводим в табл. 13.
Таблица 13.
Материальный баланс второй ступени сепарации
|
Приход
|
Расход
|
|||||
|
%масс |
т/ч |
т/г |
|
%масс |
т/ч |
т/г |
Эмульсия |
|
|
|
Эмульсия |
99,32 |
|
|
в том числе: |
|
|
|
в том числе: |
|
|
|
нефть |
48,92 |
30,73 |
258152,4 |
нефть |
48,57 |
30,30 |
254540,4 |
вода |
51,08 |
32,08 |
269500 |
вода |
51,43 |
32,08 |
269500,0 |
|
|
|
|
Всего |
100 |
62,39 |
524040,4 |
ИТОГО |
100,00 |
62,82 |
527652,4 |
Газ |
0,68 |
0,43 |
3612,0 |
ИТОГО |
100,00 |
62,82 |
527652,4 |
||||