高压下甲烷在柴油类混合溶剂中的溶解度测定与计算

【摘要】： 随着我国经济持续、高速增长,我国已是能源大国,石油安全已处于能源战略的核心地位。我国丰富的煤炭资源,使煤直接快速液化工艺成为缓解能源紧缺的有效途径。在煤直接液化的各项成本中,制氢占12~13%,占液化产物总成本的30%左右。本文采用来源广、价格低的甲烷代替氢,研究甲烷在油品中的溶解度,为富氢气氛下煤快速液化提供基础数据。 本文首先自建了测定高压下气体溶解度的实验装置并验证了该装置的可靠性。结合煤直接液化的溶剂要求,选择常三柴油、四氢化萘、四氢呋喃为混合溶剂,准确测定了甲烷在其中的溶解度数据。并分析实验温度、压力、溶剂组成对溶解度的影响。 其次,对甲烷的高压溶解度进行计算。气液平衡计算需要各物质的物性数据,由于柴油组分的复杂性,本文以单流体理论,将柴油视为一种虚拟的纯物质,结合柴油基团特征,利用n-d-M-LP法确定其基团的种类和数目,并利用Constantinou-Gani法估算柴油的特性参数。 (1)选择Peng-Robinson状态方程的两种不同混合规则对甲烷-柴油、甲烷-四氢化萘-柴油、甲烷-四氢呋喃-柴油物系的气液平衡数据进行了拟合计算。计算结果表明:Peng-Robinson状态方程对实验物系拟合较好,适合非极性、极性物系气液平衡计算。 (2)用建立在UNIFAC法基础上的Sander参考溶剂法,对甲烷-柴油、甲烷-四氢化萘-柴油物系的气液平衡进行估算。结果表明:甲烷-柴油以及甲烷-四氢化萘(w=16.7%)-柴油物系估算较好,但随着四氢化萘在体系中的质量含量升高,甲烷-四氢化萘(w=40.0%)-柴油物系估算效果差,实验证明在实验条件范围内,Sander参考溶剂法不适合甲烷-纯四氢化萘物系估算。 综上所述,计算中处理柴油的方法,可以解决该类复杂物系的气液平衡计算问题,为煤直接液化工艺计算富氢气体在其它溶剂油中的溶解度,提供了一种方法。 【关键词】：甲烷 溶解度 气液平衡 n-d-M-LP法 Constantinou-Gani法
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TE626.24
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文献综述8-24
• 1.1 煤直接液化综述8-12
• 1.1.1 煤直接液化发展史8-9
• 1.1.2 煤直接液化工艺9-10
• 1.1.3 煤直接快速液化10-11
• 1.1.4 溶剂的分类与作用11-12
• 1.2 气体溶解度的测定与计算12-22
• 1.2.1 气体溶解度的测定方法12-14
• 1.2.2 气体溶解度的表示方法14-15
• 1.2.3 气液平衡的计算方法15-20
• 1.2.4 气体溶解度的估算方法20-22
• 1.3 甲烷在不同溶剂中溶解度数据22
• 1.4 选题目的与研究内容22-24
• 1.4.1 选题目的22-23
• 1.4.2 研究内容23-24
• 第二章 高压下甲烷在柴油类混合溶剂中溶解度的测定24-37
• 2.1 实验方案与实验装置24-28
• 2.1.1 溶剂的选择24
• 2.1.2 实验方案的确定24-25
• 2.1.3 实验装置及测试方法25-28
• 2.1.4 实验装置的可靠性检验28
• 2.2 实验数据处理28-30
• 2.2.1 甲烷在溶剂中的溶解度计算28-29
• 2.2.2 计算示例29-30
• 2.3 实验结果与分析30-36
• 2.3.1 甲烷-溶剂体系的实验数据30-33
• 2.3.2 温度、压力及组成对甲烷溶解度的影响33-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 高压下甲烷在柴油类混合溶剂中溶解度的计算37-56
• 3.1 柴油基团组成及特性参数的确定37-40
• 3.1.1 n-d-M-LP法37-39
• 3.1.2 柴油基团组成的确定39-40
• 3.1.3 柴油特性参数的确定40
• 3.2 状态方程模型及计算结果40-49
• 3.2.1 PR方程及混合规则简介41-45
• 3.2.2 计算结果与分析45-49
• 3.3 UNIFAC法估算甲烷气体的溶解度49-55
• 3.3.1 气体溶解度的UNIFAC估算方法49-51
• 3.3.2 UNIFAC法用于气液平衡计算的基团参数51-52
• 3.3.3 计算结果与分析52-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 结论与展望56-57
• 主要符号说明57-58
• 参考文献58-63
• 发表论文和参加科研情况说明63-64
• 致谢64

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