Développement du modèle E-PPR78 pour prédire les équilibres de phases et les grandeurs de mélange de systèmes complexes d’intérêt pétrolier sur de larges gammes de températures et de pressions

Development of the E-PPR78 model in order to predict the phase equilibria and the mixing properties of complex systems of petroleum interest over wide ranges of temperature and pressure

• Auteur / Autrice : Junwei Qian
• Direction : Jean-Noël Jaubert, Romain Privat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 12/12/2011
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Roland Solimando
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Noël Jaubert, Romain Privat, Roland Solimando, Jérôme Pauly, Jean-Charles de Hemptinne, Pierre Duchet-Suchaux, Laurent Avaulee, Abderrazak Latifi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Pauly, Jean-Charles de Hemptinne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Pétrole -- Migration

Mots clés libres

Equation d'état

Modèle prédictif

Méthode de contributions de groupes

Coefficient d'interaction binaire

Équilibre de phases

Enthalpie d'excés

Capacité calorifique d'excès

Equation of state

Predictive model

Group contribution method

Binary interaction parameter

Phase equilibrium

Excess enthalpy

Excess heat capacity

Résumé

Nous avons développé un modèle prédictif, utilisant le principe de contribution de groupes, pour prédire avec précision, le comportement des fluides pétroliers. Ce modèle baptisé PPR78 utilise l’équation d’état de Peng et Robinson et des règles de mélange de type Van der Waals avec un coefficient d’interaction binaire kij, dépendant de la température. De telles règles de mélange sont équivalentes à celles obtenues en combinant à compacité constante une fonction d’excès de type Van Laar et une équation d’état cubique.La première partie de cette étude a consisté à étendre le domaine d’application du modèle PPR78 aux systèmes contenant de l’eau, des alcènes et de l’hydrogène, en définissant six nouveaux groupes élémentaires. Une bonne précision du modèle est obtenue pour décrire les équilibres de phases de systèmes binaires impliquant ces constituants, notamment pour les systèmes présentant des diagrammes de phases de Type I et de Type II. Dans la deuxième partie l’ensemble des paramètres de groupes ont été réajustés, non seulement sur des données d’équilibres de phases mais également sur des données de grandeur de mélange. L’avantage de ce nouveau modèle E-PPR78 est qu’il permet de restituer les équilibres de phases avec une précision équivalente au modèle original et qu’il conduit à une très nette amélioration de la prédiction des enthalpies d’excès et des capacités calorifiques d’excès.

We have developed a predictive model, by means of a group contribution method, in order to predict with accuracy, the behavior of petroleum fluids. The model called PPR78 uses the Peng-Robinson equation of state and Van der Waals-type mixing rules with a temperature dependent binary interaction parameter kij. Such mixing rules are identical to those obtained by combining at constant packing fraction, a Van Laar-type excess function and a cubic equation of state.The first part of this study consisted in extending the application of the model PPR78 to systems containing water, alkenes and hydrogen, by defining six new elementary groups. The phase equilibria of binary systems involving these components are accurately described by the model, especially for the phase diagrams of Type I and Type II. In the second part, all the group parameters of the original model were re-fitted by using the phase equilibrium data, as well as the mixing property data. The advantage of this new model E-PPR78 is that it is capable to correlate the phase equilibria with an accuracy which is equivalent to the original model and it produces a very clear improvement in the prediction of excess enthalpies and excess heat capacities.