Dados experimentais e método computacional para a determinação da composição no processo de regeneração de monoetileno glicol

Gas hydrates are crystalline solids formed by the combination of small gas molecules (e.g. CO2 and methane) and water. These solids may be formed in natural gas production lines, causing great damage, such as partial or total blockage of the production flow and rupture of the pipelines. Monoethylene...

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מידע ביבליוגרפי
מחבר ראשי: Moura Neto, Mário Hermes de
מחברים אחרים: Chiavone Filho, Osvaldo
פורמט: Dissertação
שפה:pt_BR
יצא לאור: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
נושאים:
Inibidor de hidratos
Termodinâmica de eletrólitos
Matlab
Densidade
Condutividade elétrica
Equilíbrio líquido-vapor
גישה מקוונת:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/43121
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Dados experimentais e método computacional para a determinação da composição no processo de regeneração de monoetileno glicol
description Gas hydrates are crystalline solids formed by the combination of small gas molecules (e.g. CO2 and methane) and water. These solids may be formed in natural gas production lines, causing great damage, such as partial or total blockage of the production flow and rupture of the pipelines. Monoethylene glycol (MEG) is a thermodynamic gas hydrate inhibitor widely applied for natural gas flow assurance. To ensure financial and environmental feasibility, the MEG needs to be regenerated and reused. A series of density and electrical conductivity measurements of water+MEG+NaCl mixtures was reported allowing indirect supervision of the MEG regeneration unit (MRU). Density (610 data points) and electrical conductivity (250 data points) measurements were performed from 278.15 to 363.15 K, the complete concentration range of solvents, and NaCl up to almost saturation. The solution theory was applied for density modeling purpose, using the excess volume (V E ). The V E was correlated with the aid of the Redlich–Kister equation. A semiempirical correlation with five adjustable parameters was applied for electrical conductivities of water+NaCl and MEG+NaCl binary mixtures. To describe the ternary system, a quadratic mixing rule with a correction parameter accounted for the solvent composition. Accurate thermodynamic correlations for density (ρ) and electrical conductivity (κ) as a function of water, MEG, and NaCl concentrations and temperature were obtained. These functions allowed the determination of ELV data for water+MEG mixtures in the presence of NaCl at low pressures, which are important to describe the effects of composition, temperature, and pressure in the MRU. A modified version of the Othmer ebulliometer was applied to measure reliable ELV data for water+MEG+NaCl at 101.32, 65, and 35 kPa. The Electrolyte Nonrandom Two-Liquid and Universal QuasiChemical Activity Coefficient models were parameterized to describe the ELV behavior of water+MEG+NaCl. MEG+NaCl solutions presented an inverted colligative property, i.e., the addition of salt decreases the boiling point. ELV data indicated that water separation is less efficient due to the addition of salt. The ρ and κ functions also presented an approximately orthogonal behavior to each other, allowing the determination of mixture composition. The Matlab environment was considered to solve the nonlinear system of two equations with constraints. The fmincon built–in function was found robust for composition determination from the experimental density and electrical conductivity data. The proposed methodology was extensively tested (860 data points) and deviations less than 0.0060 and 0.0011 in solvents and NaCl mass fractions were obtained, demonstrating the required accuracy.
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Monoethylene glycol (MEG) is a thermodynamic gas hydrate inhibitor widely applied for natural gas flow assurance. To ensure financial and environmental feasibility, the MEG needs to be regenerated and reused. A series of density and electrical conductivity measurements of water+MEG+NaCl mixtures was reported allowing indirect supervision of the MEG regeneration unit (MRU). Density (610 data points) and electrical conductivity (250 data points) measurements were performed from 278.15 to 363.15 K, the complete concentration range of solvents, and NaCl up to almost saturation. The solution theory was applied for density modeling purpose, using the excess volume (V E ). The V E was correlated with the aid of the Redlich–Kister equation. A semiempirical correlation with five adjustable parameters was applied for electrical conductivities of water+NaCl and MEG+NaCl binary mixtures. To describe the ternary system, a quadratic mixing rule with a correction parameter accounted for the solvent composition. Accurate thermodynamic correlations for density (ρ) and electrical conductivity (κ) as a function of water, MEG, and NaCl concentrations and temperature were obtained. These functions allowed the determination of ELV data for water+MEG mixtures in the presence of NaCl at low pressures, which are important to describe the effects of composition, temperature, and pressure in the MRU. A modified version of the Othmer ebulliometer was applied to measure reliable ELV data for water+MEG+NaCl at 101.32, 65, and 35 kPa. The Electrolyte Nonrandom Two-Liquid and Universal QuasiChemical Activity Coefficient models were parameterized to describe the ELV behavior of water+MEG+NaCl. MEG+NaCl solutions presented an inverted colligative property, i.e., the addition of salt decreases the boiling point. ELV data indicated that water separation is less efficient due to the addition of salt. The ρ and κ functions also presented an approximately orthogonal behavior to each other, allowing the determination of mixture composition. The Matlab environment was considered to solve the nonlinear system of two equations with constraints. The fmincon built–in function was found robust for composition determination from the experimental density and electrical conductivity data. The proposed methodology was extensively tested (860 data points) and deviations less than 0.0060 and 0.0011 in solvents and NaCl mass fractions were obtained, demonstrating the required accuracy. Hidratos de gás são sólidos cristalinos formados pela combinação de pequenas moléculas de gás (e.g. CO2 e metano) e água. Esses sólidos podem se formar nos dutos de produção de gás natural, causando grandes prejuízos, como obstrução parcial ou total da produção e rompimento dos dutos. Monoetileno glicol (MEG) é um inibidor termodinâmico de hidrato de gás amplamente aplicado. Para garantir a viabilidade ambiental e financeira, o MEG deve ser regenerado e reutilizado. Uma série de medições de densidade e condutividade elétrica de misturas de água+MEG+NaCl foi reportada, permitindo a supervisão indireta da unidade de regeneração de MEG (MRU). Medidas de densidade (610 pontos experimentais) e condutividade elétrica (250 pontos experimentais) foram realizadas de 278,15 a 363,15 K, faixa completa de concentração de solventes e NaCl até próximo da saturação. A teoria de soluções foi aplicada na modelagem de densidade, através do volume de excesso (V E ). O V E foi correlacionado com a equação de Redlich-Kister. Uma correlação semiempírica com cinco parâmetros ajustáveis foi aplicada para condutividades elétricas de misturas binárias água+NaCl e MEG+NaCl. Para descrever o sistema ternário, uma regra de mistura quadrática com um parâmetro de correção foi responsável por contabilizar a composição do solvente. Foram obtidas correlações termodinâmicas precisas para densidade (ρ) e condutividade elétrica (κ) em função das concentrações de água, MEG e NaCl e temperatura. Essas funções permitiram a determinação dos dados de equilíbrio líquido-vapor (ELV) para misturas água+MEG na presença de NaCl em baixas pressões, que são importantes para descrever os efeitos da composição, temperatura e pressão na MRU. Uma versão modificada do ebuliômetro Othmer foi aplicada para medir os dados ELV para o sistema água+MEG+NaCl a 101,32, 65 e 35 kPa. Os modelos de coeficiente de atividade ENRTL e UNIQUAC foram parametrizados para descrever o comportamento de ELV da mistura. As soluções binárias MEG+NaCl apresentam propriedade coligativa inversa, ou seja, a adição de sal diminui a temperatura de bolha. Os dados ELV indicaram que a separação da água perde eficiência com a adição de sal. As funções ρ e κ apresentaram comportamento aproximadamente ortogonal entre si, permitindo a determinação da composição da mistura. O ambiente Matlab foi aplicado para resolver o sistema não linear de duas equações com restrições. A função fmincon foi considerada robusta para determinação de composição a partir dos dados experimentais de densidade e condutividade elétrica. A metodologia proposta foi extensivamente testada (860 pontos de dados) e foram obtidos desvios menores que 0,0060 e 0,0011 em fração mássica de solventes e NaCl, respectivamente, demonstrando a exatidão exigida. 2021-10-05T19:16:02Z 2021-10-05T19:16:02Z 2021-06-17 masterThesis MOURA NETO, Mário Hermes de. Dados experimentais e método computacional para a determinação da composição no processo de regeneração de monoetileno glicol. 2021. 100f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/43121 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

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