3.2. Материальный баланс второй ступени со сбросом воды

Материальный баланс второй ступени сепарации

Термодинамические параметры работы рассматриваемого блока равны:

Р = 0,5МПа; t = 15 ⁰С

Содержание углеводородов в нефтяной эмульсии и константы фазового равновесия (К_i) c учетом условий сепарации приведены в таблице 3.10.

Таблица 3.10.

Исходные данные для расчета

компонент	zi'	Mi	Ki
CO2	0,83	44	35,9
N2	0,31	28	101,4
CH4	24,46	16	44,08
C2H6	3,12	30	6,70
C3H8	3,98	44	1,46
н-C4H10	2,43	58	0,69
i-C4H10	1,40	58	0,48
н-C5H12	1,36	72	0,13
i-C5H12	1,28	72	0,09
остаток	60,83	86	0,026
Σ	100	-	-

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

у₁^´=

у₂^´=

у₃^´=

у₄^´=

у₅^´=

у₆^´=

у₇^´=

у₈^´=

у₉^´=

у₁₀^´=

Путем подбора определим такую величину N^´, при которой выполняется условие:

∑ у_i^´ = 1

Подбор величины N^´ приводится в таблице 3.11.

Таблица 3.11.

Определение мольной доли отгона N

компонент	N'=11	N'=29,6
CO2	0,032	0,026
N2	0,013	0,010
CH4	0,951	0,784
C2H6	0,088	0,078
C3H8	0,052	0,051
н-C4H10	0,010	0,011
i-C4H10	0,013	0,014
н-C5H12	0,002	0,002
i-C5H12	0,002	0,002
остаток	0,021	0,022
Σ	1,1838	1,0000

Расчеты показали, что из 100 молей сырой нефти в процессе сепарации выделяется 29,6 молей газа. Составим материальный баланс сепарации в молях на 100 молей сырой нефти. Расчет приведен в таблице 3.12.

Таблица 3.12.

Мольный баланс процесса сепарации второй ступени

Компонент смеси	Молярный состав сырой нефти (Z´i), %	Газ из сепаратора		Нефть из сепаратора моли (Z´i- Nг0i)	Мольный состав нефти из блока сепараторов
		Молярная концентрация (уi´)	Моли Nг0i= N´∙ уi´
CO2	0,83	0,026	0,78	0,05	0,07
N2	0,31	0,010	0,30	0,01	0,01
CH4	24,46	0,784	23,21	1,25	1,78
C2H6	3,12	0,078	2,30	0,82	1,16
C3H8	3,98	0,051	1,51	2,47	3,50
н-C4H10	2,43	0,011	0,31	1,09	1,54
i-C4H10	1,40	0,014	0,41	2,02	2,87
н-C5H12	1,36	0,002	0,07	1,21	1,72
i-C5H12	1,28	0,002	0,05	1,31	1,86
остаток	60,83	0,022	0,66	60,17	85,47
итого	100	1,000	29,60	70,40	100

Баланс по массе в расчете на 100 молей сырой нефти приведен в таблице 3.13.

Таблица 3.13.

Массовый баланс процесса сепарации второй ступени

Компонент смеси	Молярный состав сырой нефти (Z´i), %	Массовый состав сырой нефти Мic= Z´i ∙ Mi	Массовый состав газа из сепаратора Мiг= Nг0i ∙ Mi	Массовый состав нефти из сепаратора Мiн= Мic - Мiг	Масса выделившегося газа относительно сырой нефти Riг= Мiг / Мic∙100
CO2	0,83	36,52	34,25	2,27	93,79
N2	0,31	8,68	8,48	0,20	97,71
CH4	24,46	391,36	371,32	20,04	94,88
C2H6	3,12	93,60	69,08	24,52	73,80
C3H8	3,98	175,12	66,61	108,51	38,04
н-C4H10	2,43	81,20	18,26	62,94	22,49
i-C4H10	1,40	140,34	23,67	117,27	16,79
н-C5H12	1,36	92,16	4,78	87,38	5,18
i-C5H12	1,28	97,92	3,57	94,35	3,65
остаток	60,83	5231,38	56,57	5174,81	1,08
Σ	100	6348,88	656,59	5692,29	10,34

R_см^г = 0,1034 – массовая доля отгона

Средняя молекулярная масса газа:

М_ср^г = ∑ М_i^г /∑ N^г_0i

М_ср^г =656,59/29,60=22,18

Плотность газа:

ρ_ср===4,69 кг/м³

Плотность газа при нормальных условиях (атмосферном давлении и температуре 0⁰С):

ρ_ср=М_ср/22,4 = 22,18/22,4=0,99 кг/м³

Таблица 3.14.

Характеристика газа, выделяющегося в сепараторе

Компонент смеси	Молярная концентрация Nг0i / ∑Nг0i	Молекулярная масса Мi	Массовый состав , %	Содержание тяжелых углеводородов , г/м3
CO2	0,0263	44	5,22	-
N2	0,0102	28	1,29	-
CH4	0,7840	16	56,55	-
C2H6	0,0778	30	10,52	-
C3H8	0,0511	44	10,14	476,11
н-C4H10	0,0138	58	2,78	130,52
i-C4H10	0,0106	58	3,60	169,17
н-C5H12	0,0017	72	0,73	34,14
i-C5H12	0,0022	72	0,54	25,52
остаток	0,0222	86	8,62	404,35
итого	1		100	1239,80

В блоке второй ступени сепарации от обезвоженной нефти отделяется остаточный газ низкого давление.

Q_н= 74,72 т/ч

Газ будет отделяться от нефти с производительностью

Q_г= R_см^г ∙ Q_н

Q_г= R_см^г ∙ Q_н = 0,1034∙74,72 = 7,73 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 = 74,72 - 7,73 = 66,99 т/ч

Q^сеп =Q_н^сеп + Q_воды = 66,99 + 154,76 = 221,75 т/ч

Данные по расчету сепарации второй ступени сводим в таблицу 3.15.

Таблица 3.15.

Материальный баланс второй ступени сепарации

Приход				Расход
	% масс	т/ч	т/г		% масс	т/ч	т/г
эмульсия, в том числе:				эмульсия, в том числе:	96,63
нефть	32,56	74,72	627620	нефть	30,21	66,99	562724,1
вода	67,44	154,76	1300000	вода	69,79	154,76	1300000
				Всего	100	221,75	1862724
				Газ	3,37	7,73	64895,91
Итого	100	229,48	1927620	Итого	100	229,48	1927620