ИЗОБАРНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ ЛЕГКИХ ПРИРОДНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ В КОНДЕНСИРОВАННОМ СОСТОЯНИИ

К легким природным углеводородам относятся газовые конденсаты и их фракции в жидкой фазе. Дальнейшее серьезное изучение и проектирование процессов их переработки требует надежных знаний теплофизических свойств данных этих веществ в широком интервале параметров состояния [4].

Нами выполнены экспериментальные исследования удельной теплоемкости газовых конденсатов при различных температурах на псевдокритической изобаре [2]. Опыты проводились с использованием адиабатного калориметра, при разогреве в монотонном режиме, в интервале температуры от минус 40 до 100 °C. Средняя относительная погрешность эксперимента не превышает ±1,5 %, при надежности 0,95.

Всего исследовано семь образцов газовых конденсатов различных месторождений России: Бухарского, Опошнянского, Рыбальского, Солоховского, Ставропольского, Щебелинского и Юбилейного. Физико- химические свойства газовых конденсатов приведены в [4].

Методологическую базу исследования составили: теория термодинамического подобия (Л.П. Филиппов) [6] и расширенный принцип соответственных состояний (И.И. Новиков), метод групповых составляющих – так называемых инкрементов (аддитивные методы: Джонсона и Хуанга, Шоу, Чью – Свенсона, Миссенара, Луриа и Бенсона) [5], а также элементы теории информации и теории масштабной инвариантности (скейлинг).

В результате получено уравнения (2) для расчета молярной теплоемкости газовых конденсатов в жидкой фазе в указанных интервалах температур на псевдокритической изобаре.

На Рисунках 1, 2 приведены рассчитанные по уравнению (2) и экспериментальные зависимости удельной теплоемкости исследованных газовых конденсатов от температуры на псевдокритических изобарах:

На графиках видно, как молярная изобарная теплоемкость монотонно возрастает с увеличением температуры, – что качественно соответствует результатам исследований других авторов [3].

В исследованном интервале, значения удельной теплоемкости описывались уравнением вида: сp, M = a0 + a1 t + a2 t 2,                                                                                  (1)

где сp, M – молярная изобарная теплоемкость, Дж/(моль·K); t – температура, °C; a0, a1, a2 – коэффициенты.

Коэффициенты a0, a1  и a2  приведены в Табл.1. Также в ней представлены средние относительные погрешности расчета удельной теплоемкости по уравнению (1):

 Таблица 1

Индивидуальные константы уравнения (1) для газовых конденсатов

В исследованном интервале температур: от минус 40 °C до 100 °C, удельная изобарная теплоемкость газовых конденсатов изучаемых месторождений изменяется в среднем на 40 – 60 %.

Были выполнены обобщения молярной теплоемкости исследованных газовых конденсатов, с учетом сингулярного поведения теплоемкости жидкости в области критических температур [1]. Как известно, теплоемкость жидкости на критической изобаре в области критической температуры стремится к бесконечности. Обобщения были выполнены в координатах 1/cp – θ. На Рисунке 2 приведены указанные зависимости для исследуемых газовых конденсатов. Здесь же для сравнения представлены данные других авторов для различных углеводородов:

Уравнения 2 – 4 описывают наши опытные данные со средней относительной погрешностью ±1,65 % (с учетом экспериментальной погрешности в ±1,5 %). В этих же приделах описываются и значения теплоемкости углеводородов, полученные другими авторами [3]. Представленная методика расчета может быть использована для прогнозирования удельной теплоемкости газовых конденсатов других месторождений.

Список литературы

1.     Анисимов М.А. Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. – 272 с., ил. – (Соврем. пробл. физики).

2.     Бухович Е.В., Магомадов А.С., «Изучение изобарной теплоѐмкости газовых конденсатов с целью разработки и совершенствования аппаратов, использующих тепло». Электронный научный журнал КубГАУ // №77 (март 2012 г.). http://ej.kubagro.ru/2012/03/pdf/60.pdf.

3.     Герасимов А.А. Калорические свойства нормальных алканов и многокомпонентных углеводородных смесей в жидкой и газовой фазах, включая критическую область: Автореф. дис. …докт. техн. наук. – Калининград, 2000. – 40 с.

4.     Григорьев Б.А. Теплофизические свойства и фазовые равновесия газовых конденсатов и их фракций / Б.А. Григорьев, А.А. Герасимов, Г.А. Ланчаков; под общ. ред. Б.А. Григорьева. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007.

5.     Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. – Л.: Химия, 1982. – 592 с.

6.     Филиппов Л.П. Методы расчета и прогнозирования свойств веществ. – М.: Изд-во МГУ, 1988.