高精度深低温汽液相平衡实验装置及天然气组分混合物汽液相平衡的实验研究

摘要

天然气是目前一次能源的三大常规能源之一，其主要成分为甲烷，也包括一定量的氮气、乙烷等化合物。由于能源危机和环境的不断恶化，作为优质洁净能源的天然气占一次能源消费的比重越来越大。液化天然气(LNG)在天然气的输送和储存方面具有十分明显的优势。要使天然气液化、分离、储存和运输等过程中能耗最小、费用最小，就需要对液化流程进行模拟计算及优化。而天然气组分的汽液相平衡实验数据为这些过程提供了依据。因此，二元混合物氮气(N2)+甲烷(CH4)，甲烷(CH4)+乙烷(C2H6)的汽液相平衡的研究对LNG工业有十分重要的意义。因此本文的主要研究内容包括：
　　1)设计和搭建了一套深低温汽液相平衡实验装置。本实验装置主要由以下两部分组成：(1)恒温部分；(2)测量部分。恒温控制部分主要包括恒温浴，平衡釜等；测量部分主要包括温度测量系统，压力测量系统和组分测量系统。系统温度测量的总不确定度为±0.01 K；压力测量的总不确定度为±0.65 kPa，组分测量的总不确定度为±0.004。
　　2)对二元混合物N2+CH4在110.01K-130.01K范围内的等温汽液相平衡数据进行了测定，并采用PR+MHV1混合法则，结合Wilson模型，对所测的二元混合物N2+CH4的汽液相平衡数据进行了关联，结果与实验数据具有良好的一致性，其中平均压力相对偏差为0.75％，最大压力相对偏差为2.25％，平均组分偏差为0.0057，最大组分偏差为0.0166。
　　3)对二元混合物CH4+C2H6在126.01K-140.01K范围内的等温汽液相平衡数据进行了测定，并采用PR+MHV1混合法则，结合Wilson模型，对所测的二元混合物CH4+C2H6的汽液相平衡数据进行了关联，结果与实验数据具有良好的一致性，平均压力相对偏差为1.45％，最大压力相对偏差为2.18％，平均组分偏差为0.0010，最大组分偏差为0.0120。