22/11/2011 Σχολή Χημικών Μηχανικών

Transcript

1 ΠΕΤΡΟΧΗΜΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ Η Θεροδυναική του Πετρελαίου ηήτρη Χατζηαβραίδη Αν. Καθηγητή ΕΜΠ // Σχολή Χημικών Μηχανικών

2 Τα κοιτάσατα πετρελαίουπου ανευρίσκονται στη φύση είναι ίγαταοργανικών ενώσεν Οργανικές ενώσεις είναι ια υπερπλήθηςκατηγορία αερίν, υγρών και στερεών χηικών ενώσεν που τα όρια τους περιέχουν άτοα άνθρακα ( Carbon Ονοάστηκαν οργανικές γιατί προέρχονται από φυτικάή ζϊκάκατάλοιπα. Ός, σήερα όλες σχεδόν οι οργανικές ενώσεις παράγονται ε οργανική σύνθεση Οργανική Σύνθεση είναι η εθοδολογία της παρασκευής τν οργανικών ενώσεν Για ιστορικούς λόγους ερικές ανθρακούχες ενώσεις όπς, καρβίδια, ανθρακικά άλατα, οξείδια και κυανιούχεςενώσεις του άνθρακα, καθώς και αλοτροπικέςορφές του άνθρακα όπς το διαάντι και ο γραφίτης χαρακτηρίζονται ς ανόργανες Η διάκριση σε οργανικέςκαι ανόργανεςενώσεις είναι χρήσιη για την οργάνση της αχανούς περιοχής της Χηείας αλλά αυθαίρετη Πετρέλαιοκαι γαιάνθρακας (coal: σηαντικότερες πηγές οργανικών ενώσεν που χρησιοποιούνται για παρασκευή υλικών πολύ σηαντικών για την τεχνολογία Αξιοσηείτο είναι η Οργανική Χηεία να επικεντρώνεται σε ένα χηικό στοιχείο, τον άνθρακα, C Ο λόγος είναι η ισχύςτου C Cδεσούπου αποτελεί προϋπόθεση για τη δηιουργία ακρών αλυσίδν ατόν C που συνδέονται το ένα ε το άλλο. Αλυσίδες ατόν συνδεένν το ένα ε το άλλο σχηατίζουν και άλλα στοιχεία όπς το βόριο, Β, το πυρίτιο, S,και ο φσφόρος, P Ο C Cδεσόςπαραένει ισχυρός ακόη κι όταν τα άτοα του Cσυνδέονται ε άτοα άλλν στοιχείν (δεν συβαίνει το ίδιο ε το Β, Sκαι Ρ // Σχολή Χημικών Μηχανικών

3 Ο δεσός C Cείναι οοιοπολικός (covalent Ο απλόςδεσός C Cσχηατίζεται από ζεύγος ηλεκτρονίν, ένα από κάθε άτοο C. Ονοάζεται σ-δεσόςκαι σχηατίζεται εταξύ δύο υβριδιακώντροχιακών, ένα από κάθε άτοο C. Στο αιθάνιο, τα υβριδιακάτροχιακά είναι sp 3. Απλοί δεσοί εταξύ άλλν τροχιακών, π.χ., sp - sp, σχηατίζονται. Επίσης, είναι δυνατός ο σχηατισός απλού δεσού εταξύ τροχιακών ε διαφορετικό υβριδισό Άτοα Cσχηατίζουν διπλούς δεσούς (ένα υβριδικό sp και ένα pτροχιακό που δεν συετέχει στον υβριδισό και οι αντίστοιχες ενώσεις ονοάζονται αλκένια (alkenes, και τριπλούςδεσούς(ένα υβριδικό spκαι δύο pτροχιακά από κάθε άτοο και οι αντίστοιχες ενώσεις ονοάζονται αλκύνια (alkynes O δεσός εταξύ p τροχιακών ονοάζεται π-δεσός Η διασταύρση (branchng είναι συνηθισένη σε C Cσχηατισούς. Τα άτοα C αναγνρίζονται από τον αριθό τν γειτονικών τους ατόν C Πρτοβάθιο άτοο άνθρακα (prmary carbon atom: γειτονικό άτοο άνθρακα ευτεροβάθιο άτοο άνθρακα (secondary carbon atom: γειτονικά άτοα άνθρακα Τριτοβάθιο άτοο άνθρακα (tertary carbon atom: 3 γειτονικά άτοα άνθρακα Τεταρτοβάθιοάτοο άνθρακα (quaternary carbon atom: 4γειτονικά άτοα άνθρακα // Σχολή Χημικών Μηχανικών 3

4 Πετρελαϊκό κοίτασμα Υδρογονάνθρακες (μόρια μικρούμεγέθους Υδρογονάνθρακες μεγαλύτερου μεγέθους μόρια παραφινικά μόρια αρματικά Ιδιότητες Αλκανίν αέριοσε κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης φυσικό αέριο υγρό σε κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης αργό πετρέλαιο (crude ol λάδι λίπανσης κερί άσφαλτος Το σημείο βρασμού (bolng pont από το βουτάνιο και κάτ αυξάνεικατά 3 C για κάθε άτομο C που προστίθεται στην αλυσίδα Το σημείο τήξης (meltng pont αυξάνει για κάθε CΗ -που προστίθεται // Σχολή Χημικών Μηχανικών 4

5 Συστατικά Φυσικού Αερίου Κλάσματα Αργού Πετρελαίου // Σχολή Χημικών Μηχανικών 5

6 Αλλαγή Φάσης Αντίστροφη Συμπύκνση (Retrograde Condensaton Συμβαίνει όταν Η θερμοκρασία είναι μεταξύ κρίσιμης θερμοκρασίας και θερμοκρασίας πάν από την οποία,, ανανεξάρτητα από πίεση, δεν έμφανίζεται υγρά φάση (crcondentherm, ή Η πίεση είναι μεταξύ κρίσιμης πίεσης και πίεσης πάν από την οποία, ανεξάρτητα από θερμοκρασία, δεν εμφανίζεται αέρια φάση (crcondenbar crcondenbar //; Σχολή Χημικών Μηχανικών 6 crcondentherm

7 Χαρακτηρισός Aργού Πετρελαίου o αργό πετρέλαιο στις συνθήκες του διαχριστή (separator δίνει δύο ίγατα υδρογονανθράκν, ία στην υγρήκαι ία στην αέρια φάση. Αν τα δύο ίγατα αναιχθούνστην αναλογίαπου βρίσκονται στον διαχριστήκαι το ίγα που προκύπτει αναλυθεί ε Χρατογράφο Αέριας Φάσης (Gas Chromatography, έχουε τη σύστασητου ρευστούτου κοιτάσατος (reservor flud. Aν τα τα ίγατα του διαχριστήαναλυθούν χριστά, έχουε τη αθηατικά συνδυασένη σύσταση του ρευστού του κοιτάσατος Πέρα από ένα συστατικό, C n, n 7 ή 9, η σύσταση επεκτείνεται ε συνεχή κατανοή, p( Mίγααερίν υδρογονανθράκν (Whtson, C.H. Effect of C7 Propertes on Equaton-of-State Predctons, SPE J. 4, 685, 984 p( η ( η α mn αβ MW α.89 ( η ep β α β Γ( α MW eponental normal β dstrbuton dstrbuton // Σχολή Χημικών Μηχανικών 7 α C7 η n C 7

8 Χαρακτηρισός Aργού Πετρελαίου Πέρα από ένα συστατικό, C n, n 7 ή 9, η σύσταση επεκτείνεται ε συνεχή κατανοή Για ίγα υγρών υδρογονανθράκν (ehrens, R.A. and Sandler, S,L. he Use of Semcontnuous Descrpton to Model C7 Fracton n Equaton of State Calculatons, SPE paper 495, SPE/DOE Symposum on Enhanced Ol Recovery, ulsa, OK, Aprl 6-3, 986 p( αe Για την κατανοή ισχύει α β.884 η 9.3 n p( d n or n p( n n p( M ( d n MW n or n p( MW ( n MW n // Σχολή Χημικών Μηχανικών 8

9 Θεροδυναική Συστατικά (,, Φάση (ίδια για και Gbbs ελεύθερη ενέργεια για ανάειξη και g ( ( ( s the chemcal potental of pure component Ισορροπία (3,(4 Gbbs - Duhem ( g, p ( g p,, p ( g p, (3 (4 (5 ( ( g καταστάσεις a και b: ισορροπία καταστάσεις c και d: όρια ισορροπίας καταστάσεις μεταξύ c και d: ασταθείς // Σχολή Χημικών Μηχανικών 9

10 Θεροδυναική Πολλά συστατικά (,,Ν, Φάσεις (υγρή και αέρια L V L L Vy V F Fz,...,,..., ( ( (3 Λύση τν εξισώσεν (-(3 προσδιορίζει τις Ν εταβλητές,, y και L / V Το χηικό δυναικό ορίζεται από τη σχέση R ln a a γ,..., Oι συντελεστές ενεργότηταςγ υπολογίζονται από την Peng-RobnsonΚαταστατική Εξίσση (Equaton Of State // Σχολή Χημικών Μηχανικών

11 Θεροδυναική Πολλά συστατικά (,,Ν, Φάσεις (υγρή και αέρια L V L L Vy V F Fz,...,,..., ( ( (3 Λύση τν εξισώσεν (-(3 προσδιορίζει τις Ν εταβλητές,, y και L / V Το χηικό δυναικό ορίζεται από τη σχέση a γ R ln a,..., Oι συντελεστές ενεργότηταςγ υπολογίζονται από την Peng-RobnsonΚαταστατική Εξίσση (Equaton Of State // Σχολή Χημικών Μηχανικών

12 Θεροδυναική Peng-Robnson E(quaton O(f S(tate Καθαρά συστατικά (Pure components ( ( 3 ( ( ( ( ( ( ( ( 3 3 A C Z A C Z C Z sb C R pb R pa A R pv Z b sb v b b sb v sb v a b sb v R p // Σχολή Χημικών Μηχανικών Καθαρά συστατικά (Pure components < κ κ κ p p p p A c c c c c

13 Peng-Robnson E(quaton O(f S(tate Μίγατα συστατικών Θεροδυναική A C A j ( δ ( A A C j j A j j / // Σχολή Χημικών Μηχανικών 3