Desenvolvimento de um flash multifásico na presença de hidratos
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
Texto Completo: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3303 |
Resumo: | Hidratos de gás são sólidos cristalinos formados através de uma rede de moléculas de água, mantidas coesas por ligações de hidrogênio. Os hidratos são estabilizados por moléculas não-polarizadas de baixo diâmetro molecular (molécula hóspede) que se encontram ocluídas em cavidades (rede hospedeira) da estrutura cristalina formada pelas moléculas de água. A interação entre a rede hospedeira e a molécula hóspede ocorre através de forças de van der Waals. A formação dos hidratos de gás é dependente da temperatura, pressão e da composição do gás. Algumas situações práticas que propiciam a formação de hidratos são as operações envolvendo escoamento multifásico de água, óleo e gás natural, sob condições termodinâmicas favoráveis, cenário este comumente encontrado na indústria de petróleo. A formação e a aglomeração de hidratos podem causar o bloqueio de linhas de transporte de óleo e/ou gás, reduzindo a eficiência do processo, danificando os equipamentos e comprometendo a segurança da parte operacional. Neste trabalho foi desenvolvido e implementado um algoritmo robusto de cálculo flash para predizer as condições de equilíbrio de sistemas contendo hidratos. Foram realizados cálculos de equilíbrio líquido-vapor, solubilidade de gases em líquidos e equilíbrio de hidratos tanto na região líquido-hidrato-vapor, quanto acima do ponto quádruplo superior (líquidolíquido-hidrato) e abaixo do ponto quádruplo inferior (gelo-hidrato-vapor). Os sistemas analisados englobam misturas multicomponentes (hidrocarbonetos, dióxido de carbono, nitrogênio) complexas, incluindo misturas de inibidores termodinâmicos de natureza química distinta (álcoois, sais, glicóis). Para a predição das condições de formação dos hidratos foi implementado um modelo termodinâmico baseado na teoria de sólido ideal de Van der Waals e Platteeuw. O modelo é fundamentado na igualdade dos potenciais químicos de todas as espécies em todas as fases. Para os cálculos de equilíbrio das demais fases foi utilizada a equação de estado Cubic-Plus-Association (CPA). Os resultados obtidos com o presente modelo foram comparados com dados da literatura e com o software CSMGem. Uma boa concordância com os dados experimentais foi observada, demonstrando a confiabilidade da metodologia empregada. |
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2018-08-02T17:00:26Z2018-08-02T17:00:26Z2017-09-13SIRINO, Thales Henrique. Desenvolvimento de um flash multifásico na presença de hidratos. 2017. 143 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3303Hidratos de gás são sólidos cristalinos formados através de uma rede de moléculas de água, mantidas coesas por ligações de hidrogênio. Os hidratos são estabilizados por moléculas não-polarizadas de baixo diâmetro molecular (molécula hóspede) que se encontram ocluídas em cavidades (rede hospedeira) da estrutura cristalina formada pelas moléculas de água. A interação entre a rede hospedeira e a molécula hóspede ocorre através de forças de van der Waals. A formação dos hidratos de gás é dependente da temperatura, pressão e da composição do gás. 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Os sistemas analisados englobam misturas multicomponentes (hidrocarbonetos, dióxido de carbono, nitrogênio) complexas, incluindo misturas de inibidores termodinâmicos de natureza química distinta (álcoois, sais, glicóis). Para a predição das condições de formação dos hidratos foi implementado um modelo termodinâmico baseado na teoria de sólido ideal de Van der Waals e Platteeuw. O modelo é fundamentado na igualdade dos potenciais químicos de todas as espécies em todas as fases. Para os cálculos de equilíbrio das demais fases foi utilizada a equação de estado Cubic-Plus-Association (CPA). Os resultados obtidos com o presente modelo foram comparados com dados da literatura e com o software CSMGem. Uma boa concordância com os dados experimentais foi observada, demonstrando a confiabilidade da metodologia empregada.Gas hydrates are crystalline compounds formed by hydrogen-bonded water frameworks. Hydrates are stabilized by non-polar molecules of low molecular diameters (guest molecules), which are occluded in cavities (host lattice) of the crystalline structure formed by water molecules. The interaction between the host and guest molecules occurs by van der Waals forces. The formation of gas hydrates depends on temperature, pressure and gas composition. Some practical situations that favor the formation of hydrates are the operations involving multiphase flow of water, oil and natural gas under favorable thermodynamic conditions, a scenario commonly found in the oil industry.The formation and agglomeration of hydrates can cause blockage of transmission lines oil and / or gas, reducing process efficiency, damaging the equipment and compromise the safety of the operating part. In this study, a new robust flash algorithm was developed and implemented for equilibrium calculation in systems with clathrate hydrates. Were performed calculations of vapor-liquid equilibrium, gas solubility in liquids and hydrate equilibrium in the liquid-hydrate-vapor region, as well as above the upper quadrupole point (liquid-liquid-hydrate) and below the lower quadrupole point (ice-hydrate-vapor). The systems analyzed encompass complex multicomponent mixtures (hydrocarbons, carbon dioxide, nitrogen), including mixtures of thermodynamic inhibitors of different chemical nature (salts, alcohols, glycols). For the prediction of hydrate formation conditions a thermodynamic model was implemented based on the van der Waals and Platteeuw ideal solid theory. The model is based on the equality of chemical potentials of all species in all phases. For the equilibrium calculations of the other phases, the Cubic-Plus-Association (CPA) state equation was used. The results obtained with the present model were compared with the literature data and with the CSMGem software. A good agreement with the experimental data was observed, demonstrating the reliability of the methodology used.porUniversidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaMestrado em Engenharia Mecânica e de MateriaisUTFPRBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICAEngenharia MecânicaHidratosInibidores químicosPetróleoDióxido de carbonoProgramas de computadorEngenharia mecânicaHydratesChemical inhibitorsPetroleumCarbon dioxideComputer programMechanical engineeringDesenvolvimento de um flash multifásico na presença de hidratosDevelopment of multiphase flash in presence of hydratesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisCuritibaMarcelino Neto, Moisés Alveshttp://lattes.cnpq.br/2071333457212415Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejohttp://lattes.cnpq.br/5156573817670917Marcelino Neto, Moisés AlvesSantos, Paulo Henrique Dias dosCampos, Flávio Barbozahttp://lattes.cnpq.br/1878293106519426Sirino, Thales Henriqueinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRORIGINALCT_PPGEM_M_Sirino, Thales Henrique_2017.pdfCT_PPGEM_M_Sirino, Thales Henrique_2017.pdfapplication/pdf4192115http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/3303/1/CT_PPGEM_M_Sirino%2c%20Thales%20Henrique_2017.pdf70a2bf6681cf1e8169a57c06ecfb34daMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/3303/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52TEXTCT_PPGEM_M_Sirino, Thales Henrique_2017.pdf.txtCT_PPGEM_M_Sirino, Thales Henrique_2017.pdf.txtExtracted texttext/plain241853http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/3303/3/CT_PPGEM_M_Sirino%2c%20Thales%20Henrique_2017.pdf.txt10fdcd84449edf63f290dd9a3e6ae1cfMD53THUMBNAILCT_PPGEM_M_Sirino, Thales Henrique_2017.pdf.jpgCT_PPGEM_M_Sirino, Thales Henrique_2017.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1340http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/3303/4/CT_PPGEM_M_Sirino%2c%20Thales%20Henrique_2017.pdf.jpg619ddcd3fe52b7a2f49177b3a10d997bMD541/33032018-08-20 18:45:54.041oai:repositorio.utfpr.edu.br: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Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestopendoar:2018-08-20T21:45:54Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false |
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