title: Comparison of hydrates formation modeling software performance
Creators: name: Ismail Ismail
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: Predicting hydrate stability/formation conditions is crucial for the oil and gas industry mainly to avoid pipelines blockage during oil and gas transportation and supplying. Additionally, exploitation methods of the natural gas and CO2 storage in hydrates have started gaining attention recently. Thus, understanding under what conditions hydrates are stable or can be stabilized is very important. Based on that, accurate knowledge of hydrate modeling in the presence of salts, inhibitors and non-ideal components is a main key in all related sectors.
In the first part of this work, various approaches/models available in the literature and in the industry to describe hydrates thermodynamic behavior are presented and studied in detail so that the differences in stability, solid solution theory of Van der Waals and Platteeuw and the specific thermodynamic models representing all phases that co-exist (ice, water, solid CO2) adopted in each approach are well understood.
Subsequently, the accuracy of the approaches describing the phase equilibria of gas hydrates in the presence of CO2 components, high/low concentration of aqueous salt(s) and/or high/low concentration of inhibitor(s) is evaluated. The approaches studied and tested are implemented in four well known commercial software packages extensively used in the industry, that hold the following industrial/developing name and the corresponding (approach): HydraFlash/HydraFact (HF, HF72), MultiFlash/KBC (MF(CPA)/MF(RKSA), CSMGem (CSMGem), CSMHyd (CSMHyd).
The accuracy comparison is run against a large database of experimentally measured hydrate dissociation conditions which has been collected from papers that appeared in the literature between 2015-2019. The collected experimental data has been reproduced using all six approaches and the obtained results have been utilized to evaluate the accuracy of each method as a function of the temperature and pressure of the system.
The results obtained are analyzed in detail and the reasons explaining the accuracy/deviations of each approach are presented. It has been found that the accuracy of the six studied approaches are ordered as follows (from most to less accurate): HF > HF72 > MF CPA > MF RKSA> CSMGem > CSMHyd.
description: Η πρόβλεψη των συνθηκών σταθερότητας / σχηματισμού υδριτών είναι ζωτικής σημασίας κυρίως για τη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου για να αποφευχθεί η απόφραξη των αγωγών κατά τη μεταφορά και την προμήθεια πετρελαίου και φυσικού αερίου. Επιπλέον, οι μέθοδοι εκμετάλλευσης  φυσικού αερίου και αποθήκευσης  CO2 σε υδρίτες άρχισαν να προσελκύουν την προσοχή πρόσφατα. Έτσι, η κατανόηση  των συνθηκών υπό τις οποίες οι υδρίτες βρίσκονται σε σταθερή κατάσταση ή μπορούν να σταθεροποιηθούν, είναι πολύ σημαντική. Με βάση αυτό, η ακριβής γνώση της μοντελοποίησης υδριτών παρουσία αλάτων, αναστολέων και μη ιδανικών στοιχείων, αποτελούν βασικό κλειδί σε όλους τους σχετικούς τομείς.
Στο πρώτο μέρος αυτής της εργασίας, παρουσιάζονται διάφορες διαθέσιμες προσεγγίσεις / μοντέλα στη βιβλιογραφία και στη βιομηχανία, οι οποίες περιγράφουν τη θερμοδυναμική συμπεριφορά των υδριτών, ενώ παράλληλα μελετώνται λεπτομερώς έτσι ώστε να κατανοηθούν πλήρως οι διαφορές στη σταθερότητα, η θεωρία στερεού διαλύματος των Van der Waals και Platteeuw και τα ειδικά θερμοδυναμικά μοντέλα που αντιπροσωπεύουν όλες τις συνυπάρχουσες φάσεις (πάγος, νερό, στερεό CO2) που υιοθετούνται σε κάθε προσέγγιση.
Στη συνέχεια αξιολογείται, η ακρίβεια των προσεγγίσεων που περιγράφουν την ισορροπία φάσης των υδριτών φυσικού αερίου παρουσία συστατικών CO2, υψηλής / χαμηλής συγκέντρωσης υδατικού άλατος(-των) ή / και υψηλής / χαμηλής συγκέντρωσης των αναστολέων. Οι προσεγγίσεις που μελετήθηκαν και δοκιμάστηκαν εφαρμόζονται σε τέσσερα γνωστά εμπορικά πακέτα λογισμικού που χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία, και τα οποία κατέχουν το ακόλουθο βιομηχανικό / αναπτυσσόμενο όνομα και την αντίστοιχη προσέγγιση: HydraFlash / HydraFact (HF, HF72), MultiFlash / KBC (MF (CPA) / MF (RKSA), CSMGem (CSMGem), CSMHyd (CSMHyd).
Η σύγκριση της ακρίβειας εκτελείται σε μια μεγάλη βάση δεδομένων, πειραματικώς μετρημένων συνθηκών διαχωρισμού των υδριτών, η οποία έχει συλλεχθεί από επιστημονικά άρθρα που εμφανίστηκαν στη βιβλιογραφία μεταξύ 2015-2019. Τα συλλεχθέντα πειραματικά δεδομένα έχουν αναπαραχθεί χρησιμοποιώντας και τις έξι προσεγγίσεις και τα ληφθέντα αποτελέσματα έχουν χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση της ακρίβειας κάθε μεθόδου ως συνάρτηση της θερμοκρασίας και της πίεσης του συστήματος.
Τα αποτελέσματα που λαμβάνονται αναλύονται λεπτομερώς, ενώ παράλληλα παρουσιάζονται και οι λόγοι που εξηγούν την ακρίβεια / αποκλίσεις της κάθε προσέγγισης. Έχει βρεθεί ότι η ακρίβεια των έξι προσεγγίσεων που μελετήθηκαν ταξινομούνται ως εξής (από τα περισσότερο έως λιγότερο ακριβή): HF> HF72> MF CPA> MF RKSA> CSMGem> CSMHyd.