Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 [ 65 ] 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217

Рассмотрим методику построения изотерм адсорбции из экспериментальных данных по вытеснению сухого газа газовой смесью. Предположим, компонент / смеси газов не сорбируется. Тогда, основываясь на дополнительной информации о коэффициентах молекулярной диффузии данного компонента в смеси и зная свойства пористой среды, можно вычислить коэффициент эффективной диффузии по соотношению (2.45).

Полученная величина D. позволяет построить гипотетическую форму

фронта вытеснения в случае несорбируемости компонента (рис. 2.75, кривая /). В действительности, однако, компонент / сорбируется пористой средой, и поэтому фактически определенная из эксперимента кривая фронта вытеснения (кривая 2) будет смещена вправо и иметь более пологий наклон, зависящий от формы изотермы сорбции. Чтобы определить количество сорбированного вещества, например, при концентрации его в газе С/, достаточно определить заштрихованную площадь между двумя кривыми / и 2 (см. рис. 2.75).

Аналитическое выражение для (оценки) заштрихованной площади имеет вид

.fc,] = С,(т-т,)-*- J C,(T)dT- I Cj,.(T)dT,

(2.49)

где С,,, - функции относительной концентрации компонента / на выходе из модели пласта для идеального (в отсутствие адсорбции) и реального случаев соответственно.

Отсюда величина адсорбции /-го компонента а, (моль/м), отнесенная к единице объема пористой среды, равна

a,(C,) = q(T-T,) -*-Jc,,(T)dT -Jci.(T)dT,

(2.50)

где величины С,, и имеют тот же смысл, что и в уравнении (2.48), но выражены в "абсолютных" значениях (моль/м).

Многочисленные эксперименты показывают, что форма фронта при малых и больших значениях С сильно деформирована. На рис. 2.75 изображен типичный для углеводородов случай, причем с увеличением размера молекулы компонента смеси соответствующая кривая все заметнее отклоняется от симметричной S-образной кривой для гипотетического случая.

Принципиально возможно изменение формы фронта вытеснения под влиянием кинетики фазового перехода "адсорбтив- адсорбат". Описанные

с; о

1х, х;

2 X

Рис. 2.75. Изменение концентрации С компонента i в выходящей нз пористой среды смеси:

/ - компонент I не сорбируется; 2 - компонент I сорбируется пористой средой

опыты были повторены при других скоростях фильтрации, еще более низких (-10"® м/с), и результаты обеих серий экспериментов совпадали; отсюда можно сделать вывод, что в условиях описанных экспериментов скорость установления адсорбционного равновесия компонентов достаточно велика.

На рис. 2.76, 2.77 представлены экспериментальные графики зон смеси для компонентов Сз, изо-С, н-С, по результатам опытов на моделях пласта номер 1 и 2 (см. табл. 2.20). На рис. 2.78 представлены изотермы сорбции компонентов смеси следующего состава (в мольных %) в моделях пористых сред 1 и 2 (см. табл. 2.20): С, - 79,5; Cj - 9,0; С3 - 6,0; Ц30-С4 - 2,2; н-С, - 1,8; Cj - 1,5.

Из рисунков видно, что изотермы сорбции, особенно наиболее тяжелых компонентов, существенно нелинейны. Резкий подъем вверх изотерм с ростом величины С связан, по-видимому, с началом конденсации компонентов.

На рис. 2.79 изображены зависимости коэффициентов адсорбции К, = а,(СуС,

от плотности вещества / в пористой среде (в моль/м). Видно, что при низких плотностях коэффициент адсорбции не зависит от величины С, и, следовательно, при этом вполне допустимо линейное приближение Генри. Значения °=К,. ,о коэффициентов адсорбции при низких парциальных

давлениях компонентов изображены на рис. 2.80 в виде зависимости от размера молекулы углеводорода. Однако с ростом плотности сорбируемого компонента величина К, становится существенно зависящей от величины С,. Таким образом, соотношение Генри

a,(q) = к,с,

далеко не всегда можно использовать в практических расчетах процессов вытеснения.

Как следует из изложенного, угол наклона кривой С, (см. рис. 2.75) определяется диффузией компонента i и его свойством сорбироваться данной пористой средой. Ясно, что при достаточно больших коэффициентах Генри К, и достаточно малых коэффициентах диффузии Озф. ширина фронта вытеснения будет определяться в первую очередь сорбцией компонентов смеси. Интересно получить критерий

Рис. 2.76. Динамика молярной массы продукции при вытеснении метана газовой смесью из модели пласта длиной 5 м (а) и 20 м (б);р = 5МПа, Т=20С.

Состав газовой смесн, % (молярные доли): С, - 83,04; С2 - 9,48; С3 - 4,29; изо-С -0,48; H-C4 - 1,11; С5+ - 1,60

К, объем пор

0,5 -

0,5 -

0,5 -

0,5

0,5 -

0,5 -

шзо-Сл

0,5 -

2т О

длиной 5 м (а), 20 м (6). Экспериментальные точки на этом и последующих рисунках не показаны

подобия, ПОЗВОЛЯЮЩИЙ определять возможность пренебрежения диффузией компонентов при расчете ширины фронта вытеснения. Из выражения 2.48 следует, что ширина фронта в отсутствие сорбции близка к значению (в безразмерном виде)

At, = 4j

В ТОМ случае, если ширина фронта определяется только сорбцией (диффузия отсутствует), она равна для линейных изотерм ДТс = 2а/С/ = = 2К,. Если изотерма нелинейна, в качестве Kj можно брать его среднее значение.

Искомый критерий имеет вид

(2.51)