煤液化油馏分的表面张力研究

摘要

煤炭直接液化技术是把煤粉碎到一定粒度后，与供氢溶剂及催化剂等在一定温度、压力条件下直接与氢气反应，使煤炭直接转化成液体油品的先进洁净煤技术。为了提高煤炭液化反应的油收率和改善苛刻的液化工艺条件，在反应器的设计、液化产物的分离和提质加工以及整个工艺的优化等过程中需要了解油品的物化性质。作为煤液化油馏分基本性质之一的表面张力，是化工过程开发和理论研究中常用的基础数据，它影响着蒸馏、冷凝、气体吸附、萃取等单元操作过程，其实验测定与估算非常重要。 本研究通过改进国内常用的吊片法表面张力仪(测温范围多在20～50℃)，使测温范围能够扩大到20～99.9℃。使用纯化学试剂苯、甲苯、环己烷和正庚烷对实验仪器的准确度和重现性进行校正后，实测了神华煤和胜利煤液化油各窄馏分的表面张力，归纳了神华煤和胜利煤液化油馏分的表面张力随窄馏分的切割温度以及测试温度的变化规律。在所测数据的基础上，考察了前人对石油馏分所做的表面张力数据关联与估算方法对煤液化油的适用性。结果发现，由于煤液化油组成极其复杂，芳香性及杂原子含量都高于石油，现有的基于石油馏分预测表面张力的关联式不太适合煤液化油馏分，为了满足需求，用Matlab7.0软件进行了修正。具体结论如下： 1．经过改进的BZY-1型吊片法自动表面张力仪，能够精确测量20～99.9℃范围内的表面张力。使用有机试剂进行验证认为，所选方法的数据精确度和重复性良好，所测数据可靠，适合于液体表面张力的测定。 2．临界温度的各种估算方法值相差不大，临界压力则相差较大，结果得出张建中的Riazi-Daubert改进法和Retzekas法是最佳的选择。 3．系统研究了神华煤和胜利煤液化油各窄馏分的表面张力，结果显示： ⅰ对于同一个馏分，神华煤和胜利煤液化油各窄馏分的表面张力随实验温度升高而下降；相同温度下，不同馏分的表面张力随馏分切割温度的变化规律性出现，轻油馏分随馏分的切割温度的升高而增大，中间馏分的变化不明显，较高温度的重油馏分无规律可循。 ⅱ煤液化油窄馏分组成极其复杂，差异较大，进行分组关联或修正方能达到满意的精度要求。 ⅲ神华煤和胜利煤液化油馏分中，轻油馏分(IBP～110℃，110～150℃)使用Wilson法关联相对较好，经过修正后的Wilson法更能满足工程设计要求，最大偏差小于4％。 ⅳ神华煤液化油的中馏分、重馏分和胜利煤液化油的中馏分使用Gray法关联较好，经过合理分组进行修正后，能够达到工程上的估算要求。 ⅴ胜利煤液化油的重馏分，Gray法关联虽然好于Wilson法，但修正后的相对误差仍然较大，采用σ=a(1-T<,r>)<'b>关联式能够达到工程上的估算要求。 4．指出了研究气氛对表面张力的影响以及高压条件下表面张力的适宜测量方法—最大气泡法和悬滴法。

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论文说明：符号说明

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第一章文献综述

1.1引言

1.2煤炭直接液化发展的历史和现状

1.3煤炭直接液化基本原理和反应机理

1.4煤炭直接液化油馏分的基本性质及其研究进展

1.4.1表面张力的影响因素

1.4.2表面张力测量方法的研究进展

1.4.3密度的测定

1.4.4煤液化油的组成及分析

1.4.5煤炭直接液化油馏分的模型化合物

1.4.6 临界性质的估算

1.4.7表面张力的关联方程

1.5选题意义和研究内容

1.5.1选题意义

1.5.2研究内容

第二章实验设备与实验方法

2.1实验仪器

2.2实验原理

2.3注意事项

2.4实验步骤

2.5实验样品

2.6实验装置可靠性的检验

第三章实验数据及处理

3.1两种煤液化油的元素分析及基本性质

3.2神华煤和胜利煤液化油馏分的临界性质计算结果

3.3煤液化油馏分的表面张力测试

3.4表面张力的关联与修正

3.4.1关联与修正方法的概述

3.4.2神华煤液化油馏分的表面张力关联与修正

3.4.3胜利煤液化油馏分的表面张力关联与修正

3.4.4神华煤和胜利煤表面张力的经验法回归

第四章结论

4.1引言

4.2主要结论

4.3不足之处

4.4今后工作方向

参考文献

附录

致谢

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