Modelling of Liquid-Vapour Equilibria in the H₂O-CO₂-Nacl and H₂O-H₂S-NaCl Systems to 270°C

Modélisation des équilibres liquide-vapeur dans les systèmes H₂O-CO₂-NaCl et H₂O-H₂S-NaCl jusqu' 270 °C

UMR G2R (7566), CREGU, Faculté des Sciences, Université Henri-Poincaré

Corresponding author: jean.dubessy@g2r.uhp-nancy.fr -

Abstract

An unsymmetric thermodynamic model for the liquid-vapour equilibria in the H₂O-CO₂-NaCl and H₂O-H₂S-NaCl systems for temperatures below the critical point of water (250°C for H₂S, 270°C for CO₂) is presented. The vapour phase is described by a cubic Equation of state. The water and gas components in the liquid aqueous phase are respectively described by Raoult's law and Henry's law combined with a Redlich-Kister's model of regular solutions for the activity coefficients of these two components. After an analysis of the experimental data base, more than 80% for CO₂ and 92% for H₂S of predicted pressures of aqueous isopleths deviate less than 5%, which is comparable to experimental uncertainty. Although the model is not fitted on the composition of the vapour phase, the predicted values are correct above 100°C. The salt effect is modelled by a combination of the model of Pitzer for the water activity and an extension of Setchenow's law. The hypotheses behind this model makes it applicable at pressures below 300 bar.

Résumé

Cet article présente un modèle thermodynamique dissymétrique d'équilibre liquide-vapeur dans les systèmes H₂O-CO₂-NaCl et H₂O-H₂S-NaCl en dessous du point critique de l'eau (250°C pour H₂S, 270°C pour CO₂). La phase vapeur est décrite par une équation d'état cubique. L'eau et les composants gazeux de la phase aqueuse liquide sont respectivement décrits par la loi de Raoult et la loi de Henry combinées avec un modèle de Redlich-Kister de solutions régulières, permettant de calculer les coefficients d'activité. Après une analyse de la base de données expérimentales, plus de 80 % pour CO₂ et 92 % pour H₂S des pressions calculées des isoplèthes concernant les solutions aqueuses diffèrent de moins de 5% des données expérimentales, ce qui est comparable à l'incertitude expérimentale. Bien que le modèle ne soit pas optimisé sur la composition de la phase vapeur, les compositions calculées sont correctes au-dessus de 100 °C. L'effet du sel est modélisé en combinant le modèle de Pitzer pour le calcul du coefficient d'activité de l'eau dans la solution aqueuse et une extension de la loi de Setchenow. Les hypothèses à la base de ce modèle induisent sa validité pour des pressions inférieures à 300 bar.