[发明专利]一种基于PRSV状态方程的甲烷在水中的溶解度计算方法

说明书

本发明提供一种基于PRSV状态方程的甲烷在水中的溶解度计算方法。以PRSV状态方程、HV混合规则、物料平衡方程式、热力学平衡方程组为基础，建立了相态模拟逐步迭代数值计算方法。采用关联成温度的参数表达式，在273.15K～603.15K、0.1～140MPa下，能精确地计算甲烷在水中的溶解度。该方法计算速度快、精度高、范围宽泛，可以有效地为实际工程提供参考数据。

技术领域

本发明气体在水中的溶解度计算技术领域，涉及一种基于PRSV状态方程的甲烷在水中的溶解度计算方法。

背景技术

天然气开发过程中普遍产水，水和甲烷之间的相互作用规律目前仍未清晰。常规的实验方法耗时耗力，且只能在实验室进行，难以大规模使用；经验公式简单，但受使用条件等因素限制，难以推广；相平衡方法有一定的理论基础，且具有快速、准确性高、成本低等优点。天然气在水中的溶解度计算，依据原理，大致可分为物料平衡条件方程组计算、热力学平衡条件方程组计算；相平衡计算的状态方程结构体系。

物料平衡方程组是描述平衡气液相组成、物质的量及平衡常数与温度、压力关系。平衡气、液相的摩尔分数需要满足质量数归一化条件，且气、液相中各组分的摩尔分数应满足物质平衡关系；平衡常数是描述平衡气、液相中的分配比例关系；物料平衡方程组是温度、压力、组成和气相摩尔分数的函数，具有高度的非线性方程特征，采用试差法循环迭代求解。

热力学平衡条件方程组是描述平衡气液相组成、物质的量、平衡常数与逸度关系。当体系达到气液相平衡时，体系中各组分在气、液相中的化学势相等，进而构造出用于相态计算的热力学平衡条件方程组。

状态方程结构体系包括可同时描述平衡气液两相PVT相态特征的状态方程和混合规则。

1873年，van der Waals在分子热力学理论研究上，考虑到实际分子有体积、分子间存在斥力和引力作用，根据硬球分子模型，提出了著名的范德华状态方程。

1949年，Redlich和Kwong提出了范德华方程修正式，即RK(Redlich-Kwong) 方程，该方程考虑了分子密度和温度对分子间引力的影响，引入温度对引力项加以修正，在表达纯物质物性的精度上有明显的提高。

1961年，Pitzer发现具有不对称偏心引力场的硬球分子体系，其对比蒸气压比简单球形分子的蒸气压低。偏心度越大，偏差程度越大。从分子物理学角度，用非球形不对称分子间相互作用位形能与简单球形对称非极性分子间位形能的偏差程度来解释，引入了偏心因子物理量。Soave将偏心因子作为第三个参数引入状态方程。建立了SRK(Soave-Redlich-Kwong)状态方程。

1976年，Peng和Robinson对SRK方程作了进一步改进，运用分子物理学理论对范德华方程、RK方程和SRK方程的结构特征进行分析，将硬球分子的三次方型写成一般结构式，对引力项与分子密度的关系作了较深入的分析，给出了更好的结构，从而对SRK方程作出了新的修正，即PR方程。

1986年，Stryjek和Vera对PR状态方程中的α函数进行了修正，提出了PRSV (Peng-Robinson-Stryjek-Vera)状态方程，对纯物质的预测精度进一步提高。

1979年，Huron和Vidal修正了非随机二流体理论(NRTL)，结合SRK状态方程建立了HV(Huron-Vidal)混合规则，适用于计算强极性混合物气液平衡。

2001年，Pedersen修正了HV混合规则的表达式，结合SRK状态方程，用于油气体系相平衡计算。

发明内容

本发明旨在提供一种基于PRSV状态方程的甲烷在水中的溶解度计算方法，该算法的优点是速度快，精度高，覆盖温压范围宽泛，可以为实际工程和实验分析提供有效的参考数据。

一种基于PRSV状态方程的甲烷在水中的溶解度计算方法，包括以下步骤：