Predição da tensão interfacial de misturas através da equação de estado cubic plus association (CPA)
Among the thermophysical properties, the interfacial tension is directly involved in many phenomena and processes in the oil and gas industry, greatly influencing the extraction of these resources. The experimental determination of this property, in wide ranges of temperature and operating pressure,...
| Autor principal: | Bortolotto, Aline Brezolin |
|---|---|
| Formato: | Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2023
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32167 |
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riut-1-321672023-08-22T06:06:39Z Predição da tensão interfacial de misturas através da equação de estado cubic plus association (CPA) Prediction of interfacial tension of mixtures through the cubic plus association (CPA) equation of state Bortolotto, Aline Brezolin Marcelino Neto, Moisés Alves Marcelino Neto, Moisés Alves Rossi, Luciano Fernando dos Santos Junqueira, Silvio Luiz de Mello Indústria petrolífera Termodinâmica Simulação (Computadores) Gás Natural Equações cúbicas Petroleum, Industry and trade Thermodynamics Computer simulation Natural gas Equations, Cubic CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO Among the thermophysical properties, the interfacial tension is directly involved in many phenomena and processes in the oil and gas industry, greatly influencing the extraction of these resources. The experimental determination of this property, in wide ranges of temperature and operating pressure, is complex and time-consuming, making it expensive. For this reason, and given the importance of oil as an energy source and raw material for countless products that are part of our daily life, several studies have been conducted with the objective of developing thermodynamic methodologies capable of determining such property, in order to design strategies for exploration of reservoirs, as well as improving oil recovery techniques. However, this task is not simple, since oil production does not involve only hydrocarbons, but a complex mixture that can contain water, salts and other impurities in its composition. Frequent phase changes caused by constant alterations in temperature and pressure conditions during the extraction process make this work even more difficult. In this context, recent advances have been made in terms of incorporating into the equations of state terms capable of including the contribution of polar (associative) compounds, such as water and alcohols, commonly found in petroleum. This is the case of the Cubic Plus Association – CPA equation of state. Given the above and in order to contribute to this field of study, this work employs the CPA equation of state associated with the modified Butler equation and the Lamperski model in order to determine the interfacial tension of eight binary mixtures formed by components commonly found in oil and gas industry. It was investigated non-associative systems containing in their composition methane, ethane, propane, n-butane, carbon dioxide and nitrogen, for temperature and pressure ranges of, approximately, 95 to 380 K and 0,1 to 8,5 MPa, respectively, and associative systems formed by water, ethanol, methane, hexane and benzene for temperature and pressure ranges of, approximately, 283 to 313 K and 0,1 to 47 MPa, respectively. The results obtained were compared with experimental data and values taken from the commercial software of thermophysical properties REFPROP®. In the end, it was possible to conclude that the implemented models captured the qualitative behavior of the evaluated property for most non-associative systems while its performance was good qualitatively and quantitatively for associative systems. The interfacial tension values of two non-associative mixtures were compared with those of REFPROP® demonstrating that, even with a quantitative deviation, the models generate better results than the software. The absolute mean errors were low for the systems studied, most of them being less than 2 mN/m and some less than 1 mN/m, which validates the proposed methodology and the applicability of CPA to model systems containing polar compounds. Based on the absolute mean errors, among the implemented models, the Lamperski model presented the best results. Dentre as propriedades termofísicas, a tensão interfacial está diretamente envolvida em muitos fenômenos e processos da indústria de óleo e gás, influenciando sobremaneira na extração desses recursos. A determinação experimental dessa propriedade, em amplas faixas de temperatura e pressão de operação, é complexa e demorada, tornando-se dispendiosa. Por essa razão, e dada a importância do petróleo como fonte energética e matéria-prima de inúmeros produtos que fazem parte do nosso cotidiano, diversos estudos têm sido conduzidos com o objetivo de desenvolver metodologias termodinâmicas capazes de determinar tal propriedade para, assim, traçar estratégias de exploração de reservatórios, bem como aprimorar técnicas de recuperação de petróleo. Entretanto, essa tarefa não é simples, visto que a produção de petróleo não envolve apenas hidrocarbonetos, mas sim uma mistura complexa que pode conter água, sais e outras impurezas em sua composição. Mudanças de fases frequentes provocadas por constantes modificações nas condições de temperatura e pressão durante o processo de extração dificultam, ainda mais, esse trabalho. Nesse contexto, recentes avanços foram feitos no sentido de incorporar às equações de estado termos capazes de incluir a contribuição de compostos polares (associativos), como a água e álcoois, comumente encontrados no petróleo. Esse é o caso da equação de estado Cubic Plus Association – CPA. Diante do exposto e de forma a contribuir nesse campo de estudo, esse trabalho emprega a equação de estado CPA associada à equação de Butler modificada e ao modelo de Lamperski com o objetivo de determinar a tensão interfacial de oito misturas binárias formadas por componentes comumente encontrados na indústria de óleo e gás. Foram estudados sistemas não associativos compostos por metano, etano, propano, n-butano, dióxido de carbono e nitrogênio, nas faixas de temperatura e pressão aproximadas de 95 a 380 K e 0,1 a 8,5 MPa, respectivamente, e sistemas associativos formados por água, etanol, metano, hexano e benzeno para os intervalos de temperatura e pressão aproximados de 283 a 313 K e 0,1 a 47 MPa, respectivamente. Os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais da literatura e com o software comercial de propriedades termofísicas REFPROP®. Ao final, foi possível concluir que os modelos implementados capturaram o comportamento qualitativo da propriedade avaliada para a maioria dos sistemas não associativos enquanto seu desempenho foi bom qualitativa e quantitativamente para os sistemas associativos. Os valores de tensão interfacial de duas misturas não associativas foram confrontados com os do REFPROP® demonstrando que, mesmo com um desvio quantitativo, os modelos geram resultados melhores que o do software. Os erros médios absolutos foram baixos para os sistemas estudados, sendo a maioria inferior a 2 mN/m e alguns inferiores a 1 mN/m, o que valida a metodologia proposta e a aplicabilidade da CPA para modelar sistemas contendo compostos polares. Com base nos erros médios absolutos, dentre os modelos implementados o de Lamperski é o que apresentou melhores resultados. 2023-08-21T21:14:58Z 2023-08-21T21:14:58Z 2022-06-24 bachelorThesis BORTOLOTTO, Aline Brezolin. Predição da tensão interfacial de misturas através da equação de estado cubic plus association (CPA). 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32167 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Engenharia Mecânica UTFPR |
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Among the thermophysical properties, the interfacial tension is directly involved in many phenomena and processes in the oil and gas industry, greatly influencing the extraction of these resources. The experimental determination of this property, in wide ranges of temperature and operating pressure, is complex and time-consuming, making it expensive. For this reason, and given the importance of oil as an energy source and raw material for countless products that are part of our daily life, several studies have been conducted with the objective of developing thermodynamic methodologies capable of determining such property, in order to design strategies for exploration of reservoirs, as well as improving oil recovery techniques. However, this task is not simple, since oil production does not involve only hydrocarbons, but a complex mixture that can contain water, salts and other impurities in its composition. Frequent phase changes caused by constant alterations in temperature and pressure conditions during the extraction process make this work even more difficult. In this context, recent advances have been made in terms of incorporating into the equations of state terms capable of including the contribution of polar (associative) compounds, such as water and alcohols, commonly found in petroleum. This is the case of the Cubic Plus Association – CPA equation of state. Given the above and in order to contribute to this field of study, this work employs the CPA equation of state associated with the modified Butler equation and the Lamperski model in order to determine the interfacial tension of eight binary mixtures formed by components commonly found in oil and gas industry. It was investigated non-associative systems containing in their composition methane, ethane, propane, n-butane, carbon dioxide and nitrogen, for temperature and pressure ranges of, approximately, 95 to 380 K and 0,1 to 8,5 MPa, respectively, and associative systems formed by water, ethanol, methane, hexane and benzene for temperature and pressure ranges of, approximately, 283 to 313 K and 0,1 to 47 MPa, respectively. The results obtained were compared with experimental data and values taken from the commercial software of thermophysical properties REFPROP®. In the end, it was possible to conclude that the implemented models captured the qualitative behavior of the evaluated property for most non-associative systems while its performance was good qualitatively and quantitatively for associative systems. The interfacial tension values of two non-associative mixtures were compared with those of REFPROP® demonstrating that, even with a quantitative deviation, the models generate better results than the software. The absolute mean errors were low for the systems studied, most of them being less than 2 mN/m and some less than 1 mN/m, which validates the proposed methodology and the applicability of CPA to model systems containing polar compounds. Based on the absolute mean errors, among the implemented models, the Lamperski model presented the best results. |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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2023 |
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BORTOLOTTO, Aline Brezolin. Predição da tensão interfacial de misturas através da equação de estado cubic plus association (CPA). 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. |
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