Desenvolvimento da equação de estado Polar SAFT-VR Mie: Medida experimental do equilíbrio de fases e da velocidade do som de sistemas contendo CO2 e hidrocarbonetos típicos das faixas da nafta ao diesel

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Autor(a) principal: Nascimento, Fábio Pedro do
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
Texto Completo: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11890
Resumo: The recovery of oil and gas from Brazil's pre-salt layer has been associated to large quantities of carbon dioxide (CO2), which presents a high quadrupole moment. At high pressures large quantities of CO2 can be dissolved in the oil, therefore knowledge of phase equilibrium data of CO2/hydrocarbon systems is essential for understanding the thermodynamic behavior in these oil fields, as well as the knowledge of thermophysical properties of the oil at different pressures. In order to predict the behavior of hydrocarbons streams, the oil and gas industry uses different thermodynamic models, based on equations of state and mixing rules. The evaluation and improvement of these models depends on the reliability and diversity of the experimental data. The speed of sound is an important property related to the system compressibility and can be used as supporting information in comparative tests of different equations of state. Toluene and tetralin (aromatic molecules), decalin (naphthenic molecule), n-hexane, n-decane and n-hexadecane (linear alkanes) can be used as surrogate to naphtha, gasoline, kerosene and diesel fractions. In this context, the speeds of sound and densities of mixtures containing tetralin, decalin, n-decane and nhexadecane were experimentally measured. The experimental data were correlated with PFP, PHCT, PC-SAFT and SAFT-VR Mie equations of state. To evaluate the capability of the SAFT-VR Mie model to correlate equilibrium data, the phase equilibria of CO2/n-hexane, CO2/toluene, CO2/tetralin, CO2/n-decane and CO2/n-hexadecane were experimentally measured. For CO2/n-hexane, CO2/toluene and CO2/n-decane at higher temperatures the SAFT-VR Mie model predicts a critical point lower than expected. For CO2/tetralin and CO2/n-hexadecane systems the model fails to predict the liquid-liquid region observed in the lower temperatures. Aiming to improve the correlation of the phase equilibria data, the complete polar term (PSAFT-VR Mie) and truncated polar term (tPSAFT-VR Mie) from Karakatsani and Economou [J. Phys. Chem. B 2006, 110, 9252-9261] were added to the SAFT-VR Mie equation of state. The influence of using only three bodies contribution in the mixing rule of the polar term was also evaluated. The PSAFT-VR Mie model correlated the experimental speed of sound, condensed density, saturated density and saturated pressure data of pure substances with deviations close to the ones obtained with the SAFT-VR Mie model. However, the results obtained with the tPSAFT-VR Mie equation of state were better than the ones obtained with the SAFT-VR Mie model. In general, the PSAFT-VR Mie model with the modified mixing rule for the polar term presented a better performance in correlating the phase equilibria of the investigated CO2/hydrocarbon mixtures
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Tese (Doutorado em Processos Químicos e Meio Ambiente) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2016.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11890The recovery of oil and gas from Brazil's pre-salt layer has been associated to large quantities of carbon dioxide (CO2), which presents a high quadrupole moment. At high pressures large quantities of CO2 can be dissolved in the oil, therefore knowledge of phase equilibrium data of CO2/hydrocarbon systems is essential for understanding the thermodynamic behavior in these oil fields, as well as the knowledge of thermophysical properties of the oil at different pressures. In order to predict the behavior of hydrocarbons streams, the oil and gas industry uses different thermodynamic models, based on equations of state and mixing rules. The evaluation and improvement of these models depends on the reliability and diversity of the experimental data. The speed of sound is an important property related to the system compressibility and can be used as supporting information in comparative tests of different equations of state. Toluene and tetralin (aromatic molecules), decalin (naphthenic molecule), n-hexane, n-decane and n-hexadecane (linear alkanes) can be used as surrogate to naphtha, gasoline, kerosene and diesel fractions. In this context, the speeds of sound and densities of mixtures containing tetralin, decalin, n-decane and nhexadecane were experimentally measured. The experimental data were correlated with PFP, PHCT, PC-SAFT and SAFT-VR Mie equations of state. To evaluate the capability of the SAFT-VR Mie model to correlate equilibrium data, the phase equilibria of CO2/n-hexane, CO2/toluene, CO2/tetralin, CO2/n-decane and CO2/n-hexadecane were experimentally measured. For CO2/n-hexane, CO2/toluene and CO2/n-decane at higher temperatures the SAFT-VR Mie model predicts a critical point lower than expected. For CO2/tetralin and CO2/n-hexadecane systems the model fails to predict the liquid-liquid region observed in the lower temperatures. Aiming to improve the correlation of the phase equilibria data, the complete polar term (PSAFT-VR Mie) and truncated polar term (tPSAFT-VR Mie) from Karakatsani and Economou [J. Phys. Chem. B 2006, 110, 9252-9261] were added to the SAFT-VR Mie equation of state. The influence of using only three bodies contribution in the mixing rule of the polar term was also evaluated. The PSAFT-VR Mie model correlated the experimental speed of sound, condensed density, saturated density and saturated pressure data of pure substances with deviations close to the ones obtained with the SAFT-VR Mie model. However, the results obtained with the tPSAFT-VR Mie equation of state were better than the ones obtained with the SAFT-VR Mie model. In general, the PSAFT-VR Mie model with the modified mixing rule for the polar term presented a better performance in correlating the phase equilibria of the investigated CO2/hydrocarbon mixturesA recuperação de óleo e gás da camada de pré-sal brasileira está associada a grandes quantidades de dióxido de carbono (CO2), que apresenta alto momento de quadrupolo. Em altas pressões, grandes quantidades de CO2 podem ser dissolvidas no petróleo, portanto o conhecimento de dados de equilíbrio de fases dos sistemas CO2/hidrocarbonetos é fundamental para o entendimento do comportamento termodinâmico destas reservas, assim como o conhecimento de propriedades termofísicas do óleo em diferentes pressões. Com o intuito de predizer o comportamento de correntes de hidrocarbonetos, a indústria de óleo e gás utiliza diferentes modelos termodinâmicos, baseados em equações de estado e regras de mistura. O desenvolvimento e a modificação destes modelos dependem da qualidade e diversidade de dados experimentais. A velocidade do som é uma importante propriedade relacionada à compressibilidade do sistema e pode ser utilizada como informação suplementar em testes comparativos entre diferentes modelos. Tolueno e tetralina (moléculas aromáticas), decalina (molécula naftênica), n-hexano, n-decano e n-hexadecano (alcanos lineares) podem ser utilizados para representar frações de nafta, gasolina, querosene e diesel. Neste contexto foram determinadas as velocidades do som e massas específicas de misturas contendo tetralina, decalina, n-decano e n-hexadecano. Os dados foram correlacionados com as equações de estado PFP, PHCT, PC-SAFT e SAFT-VR Mie. O modelo SAFT-VR Mie apresentou os menores desvios para os dados experimentais. Para avaliar a capacidade de correlação de dados de equilíbrio de fases do modelo SAFT-VR Mie, foram determinados experimentalmente os equilíbrios de fase dos sistemas CO2/n-hexano, CO2/tolueno, CO2/tetralina, CO2/n-decano e CO2/n-hexadecano. Para os sistemas CO2/n-hexano, CO2/tolueno e CO2/n-decano o modelo SAFT-VR Mie prevê um ponto crítico abaixo do esperado em temperaturas mais altas. Para os sistemas CO2/tetralina e CO2/n-hexadecano o modelo falha em prever a região de equilíbrio líquido-líquido observada nas temperaturas mais baixas. Visando melhorar a correlação dos dados de equilíbrio de fases, foram adicionados à equação SAFT-VR Mie os termos polares completo (PSAFT-VR Mie) e truncado (tPSAFT-VR Mie) de Karakatsani e Economou [J. Phys. Chem. B 2006, 110, 9252-9261]. Também foi avaliada a influência do uso de somente contribuições de três corpos na regra de mistura do termo polar. A equação de estado PSAFT-VR Mie calculou resultados de massa específica condensada, velocidade do som condensada, massa específica saturada e pressão de saturação de substâncias puras com desvios próximos aos obtidos com o modelo SAFT-VR Mie. Entretanto, os resultados obtidos com a equação de estado tPSAFT-VR Mie foram melhores que os calculados com o modelo SAFT-VR Mie. De modo geral, o modelo PSAFT-VR Mie com regra de mistura modificada para o termo polar apresentou o melhor desempenho na correlação dos dados de equilíbrio de fases das misturas CO2/hidrocarbonetos investigadasSubmitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:26:20Z No. of bitstreams: 1 Fabio Pedro do Nascimento.pdf: 15047530 bytes, checksum: 1bccb3a6140d0bd9735ca39402fc8d9b (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-06T19:26:20Z (GMT). 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