en fr Molecular simulation of liquid-vapour interfaces at high pressure and prediction of the surface tension Modélisation moléculaire dinterfaces liquide-vapeur à haute pression et prédiction de la tension interfaciale Report as inadecuate




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1 IFPEN - IFP Energies nouvelles 2 LTIM - Thermodynamique et Interactions Moléculaires

Abstract : The knowledge of the phase equilibria of petroleum compounds is crucial for most applications in the oil industry. Many projects such as the acid gases H2S, CO2 storage require full control of interfacial properties of systems involved. The surface tension is a fundamental property to control the safety of the CO2 geological storage. Interfacial properties depend on a certain number of factors such as temperature, pressure and composition of fluids, and are difficult to measure under geological temperature and pressure conditions. Moreover, very few data are available in the literature for systems with H2S or CO2 under pressure because of the toxicity and-or the corrosiveness of these gases. The molecular simulation is an efficient tool for the prediction of the interfacial properties under high temperature and pressure.We performed methodological checks concerning the impact of different parameters of simulation size effects, truncation effects, long range corrections on the surface tension calculation. We established procedures to make the surface tension independent of the setup. We focused on the surface tension calculation of liquid-vapour interfaces of alkanes and aromatics. We extended our study to the interfacial tension of binary mixtures CH4-H2O, H2O-H2S and H2O-CO2. The dependence of the surface tension with the temperature has been reproduced for different hydrocarbons. We also showed the dependence of the interfacial tension of binary mixtures with pressure. The molecular description of the surfaces and the composition of each phase were determined.

Résumé : La connaissance du comportement des équilibres de phase des hydrocarbures est primordiale pour la plupart des applications dans le domaine pétrolier. De nombreux projets tels que la réinjection des gaz acides H2S, CO2 nécessitent d-avoir une parfaite maîtrise des propriétés interfaciales des systèmes impliqués. La tension interfaciale est donc une propriété indispensable à connaître pour la sureté du stockage géologique du CO2. Les propriétés interfaciales dépendent de plusieurs facteurs tels que la température, la pression et la composition des fluides en présence, et sont délicates à mesurer dans les conditions thermodynamiques proches de celles caractéristiques des gisements ou des puits. De plus, l-acquisition de données pour des systèmes contenant CO2 ou H2S sous pression est difficile en raison des caractères corrosifs et-ou toxiques de ces gaz. La conséquence de ces difficultés est un déficit de données expérimentales de tension interfaciale pour de nombreux systèmes. La modélisation moléculaire est un outil efficace pour la prévision des propriétés interfaciales à des températures et pressions élevées. Nous avons mené une étude méthodologique sur les paramètres de simulation qui peuvent influencer le calcul de la tension superficielle dans le cas d-une simulation Monte Carlo avec présence explicite de l-interface. Nous avons établi des dépendances entre la tension superficielle et certains paramètres effets de taille, troncature du potentiel, corrections à longue distance, ainsi qu-un protocole pour maitriser la simulation de tels systèmes. Puis, nous nous sommes concentrés sur l-étude de l-interface liquide-vapeur d-hydrocarbures purs n-alcanes, alcanes ramifiés, cycloalcanes et aromatiques, mais aussi de mélanges binaires CH4-H2O, H2O-H2S et H2O-CO2. Nous avons reproduit la dépendance de la tension superficielle de plusieurs familles d-hydrocarbures avec la température. Nous avons également vérifié la dépendance de la tension interfaciale de systèmes binaires avec la pression. Les descriptions moléculaires des interfaces et la composition des différentes phases ont également été étudiées.

Mots-clés : tension interfaciale simulation moléculaire de type Monte Carlo alcanes aromatiques mélange binaire eau-gaz acides corrections à longue distance CO2





Author: Frédéric Biscay -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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