Математическое моделирование процессов переработки нефтяного газа в трубчатом реакторе в синтетическую нефть и ее транспорт в трубопроводах

• Автор: Ермолаев, Вадим Сергеевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Глава 1. Метод минимизации энергии Гиббса. Глава 2. Реактор синтеза ФишераТропша с фиксированным слоем катализатора. Введени е. Кинетическая модель синтеза ФишераТропша. Математическая модель трубчатого реактора синтеза ФишераТропша с фиксированным слоем катализатора. Свойства газообразных веществ и их смесей. У . Список литературы. Глава 3. ФишераТропша в нефтепроводах. Ааа. АА. АаАаа Ааа Аааа. I аа
3. Расчет коэффициента фугитивностей компонентов. Расчет фугитивности твердых компонентов. Расчет коэффициентов активности. Результаты расчетов. Математическая модель образования твердых парафиновых отложений в турбулентном потоке в каналах круглого сечения. Реализация численного алгоритма расчета. Тестирование к е моделей турбулентностей. Выводы по данной главе. Р0 стандартное давление. А, символы химических соединений. Традиционный подход приводит к системе сложных нелинейных алгебраических уравнений . Эта система уравнений, как правило, имеет множество корней как действительных, так и комплексных.


В связи с этим стадия термодинамического анализа равновесных составов и тепловых эффектов необходима для выбора оптимальной стратегии утилизации нефтяного газа. В литературе довольно подробно описаны методы расчета паровой, кислородной и углекислотной конверсии метана см. Расчеты равновесного состава, получающегося в результате конверсии более тяжелых углеводородов, отрывочны и представлены в значительно меньшей степени. В литературе отсутствует описание методики и результаты расчетов конверсии нефтяного газа в различных средах. В настоящее время в связи с привлечением эффективных математических алгоритмов и использованием современных компьютерных технологий появился новый способ поиска равновесного состава, принципиально отличающийся от традиционной методики. Традиционная методика расчета равновесия базируется на предполагаемой системе обратимых химических реакций, в результате которых достигается равновесный состав. Конкретный механизм химического превращения, приводящего к равновесию, не универсален и зависит от давления, температуры и начального состава реагентов см. Это обстоятельство значительно снижает эффективность традиционных методик расчета, особенно при конверсии тяжелых углеводородов, входящих в состав нефтяного газа. Запись всех возможных гипотетических реакций, приводящих к равновесию, неперспективна, так как число независимых реакций, определяемое рангом матрицы стехиометрических коэффициентов, как правило, значительно меньше, чем число возможных превращений. Для определения равновесного состава необходимо решение сложной системы нелинейных алгебраических уравнений. Трудности численного нахождения корней системы уравнений обусловлены, вопервых, множественностью корней и сильной зависимостью получающегося решения от начального приближения. Вовторых, при существенно отличающихся по величине константах равновесия существующие алгоритмы расчета крайне неустойчивы. Альтернативный метод расчета равновесного состава основан на строгом термодинамическом принципе. В замкнутой системе при постоянном давлении и температуре энергия термодинамический потенциал Гиббса достигает минимального значения см. В случае постоянного объема и температуры минимального значения приобретает свободная энергия Гельмгольца термодинамический потенциал 8. При этом равновесный состав не зависит от конкретного химического механизма, а определяется составом химических компонентов, подаваемых в реактор, давлением и температурой. Идея метода расчета, основанная на минимизации энергии Гиббса, высказывалась, например в 9, . Реализация метода поиска минимума термодинамических потенциалов впервые реализована в . Метод минимизации термодинамических потенциалов обладает по сравнению с традиционным способом поиска равновесия существенными преимуществами как принципиального, так и вычислительного характера. Универсальность метода минимизации термодинамических потенциалов следует из того факта, что для определения концентрации химических компонентов в равновесии нет необходимости выбора химических реакций. Надежность численной реализации метода минимизации обусловлена тем, что итерационные методы поиска экстремума обладают намного большей устойчивостью, чем алгоритмы решения систем сложных алгебраических уравнений с существенно отличающимися коэффициентами см. В настоящей работе излагается идея поиска равновесного состава, основанная на минимизации энергии Гиббса при постоянных температуре и давлении. Описана численная процедура минимизации энергии Гиббса с учетом ограничений, диктуемых балансом химических элементов. В качестве примера представлены результаты расчета различных типов конверсии нефтяного газа в водяном паре, кислороде и углекислом газе. Метод минимизации энергии Гиббса. Рассматриваем замкнутую систему при постоянном давлении и температуре. Равновесный состав определяется на основе термодинамического принципа, требующего минимума термодинамического потенциала Г иббса С РУ ТБ 8. Р химический потенциал, АУ число соединений, принимающих участие в химических превращениях. У, ,у внутренняя энергия, молярный объем и энтропия молекул у в системе.