高溫高壓下煤液化油氣液平衡體系的研究.pdf

1、在全球石油價格持續(xù)上漲，液體燃料匱乏的背景下，煤炭直接液化技術對于調整能源結構、擴大液體燃料來源、緩解我國能源分布不均具有重要的意義。但煤液化油組成復雜，結構不均一，液化過程工藝影響因素眾多，工藝設計中可參考的經(jīng)驗少，尤其是關鍵部分反應器、分離器的設計中所需要的液化產(chǎn)品的基礎數(shù)據(jù)匱乏，特別是在煤液化反應條件下氣液平衡數(shù)據(jù)的測定難以實現(xiàn)。因此，得到煤液化油的基本物性和熱力學數(shù)據(jù)是液化工藝精確設計的基本保證。 本文依托于973項目“

2、大規(guī)模煤炭直接液化的基礎研究”，從煤液化油的基本物性參數(shù)測定出發(fā)，利用流程模擬軟件Aspen Plus計算了在煤液化反應條件下，煤液化油氣液兩相平衡關系及相關的基礎數(shù)據(jù)。計算中以實驗測定液化油窄餾分段的基本物性數(shù)據(jù)作為基礎，用COAL-LIQ模塊計算構建神華煤液化油各窄餾分的模擬組分(虛擬組分模型)，以物料守恒，能量守恒為基礎，將煤液化油虛擬組分與各種氣體組分(如H2、C2H6等)共同建立煤液化油閃蒸過程，得到了高溫高壓下煤液化油氣液平

3、衡體系。利用閃蒸體系計算得到在給定溫度、壓力情況下，各組分在高溫、低溫分離器內的氣、液兩相分布情況，通過改變高溫分離器的溫度和壓力，分析了高溫分離器內相平衡常數(shù)隨溫度(623.15～723.15K)、壓力(10～21Mpa)同時變化的規(guī)律。 為進一步歸納適用于煤液化油的氣液平衡方程，以高溫分離器數(shù)據(jù)為基礎，對推導建立的高壓下烴類相平衡方程中的參數(shù)進行回歸，得到高溫高壓下，適用于神華煤液化油并具有物理意義的_二元(T,p)氣液相平

4、衡常數(shù)方程。 以分離模型為基礎，分析了閃蒸過程中神華煤液化油餾分密度，粘度，表面張力隨溫度變化規(guī)律，建立了閃蒸分離器各出口組成的十六烷指數(shù)與溫度壓力的關系。 通過實驗與計算分析，本文得到如下主要結論: 1、神華煤液化油主要包括飽和直鏈烷烴，環(huán)烷烴，苯及其衍生物，苯酚及其衍生物，茚及其衍生物，萘及其衍生物等。飽和直鏈烷烴在各餾分段都有分布，規(guī)律性不強。環(huán)烷烴在低溫餾分段含量較高。苯酚及其衍生物在200℃左右餾分段含

5、量最高。茚及其衍生物，萘，四氫化萘在200～220℃段以后出現(xiàn)，茚類物質在各段中含量都不高于8％，萘類物質隨餾分溫度升高呈增大的趨勢，特別地，在280～300℃段，萘類物質連同聯(lián)苯占到49.7％。 2、神華煤液化油窄餾分段臨界溫度隨蒸餾溫度升高而升高。臨界壓力隨餾出溫度升高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，180～200℃段躍至最高點。 臨界體積隨餾出溫度的升高呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。臨界壓力，臨界體積極值的出現(xiàn)歸因于此餾分段中大

6、量酚類物質的富集。 3、通過閃蒸分離系統(tǒng)，計算得到了給定條件下，高溫、低溫分離器中各組分在氣液兩相中的分布情況。高溫分離器中，氣體以氣相形式存在，餾分段部分氣化，氣化程度隨蒸餾溫度升高而降低，低溫分離器中，各餾分段基本以液態(tài)形式存在。 4、各組分相平衡常數(shù)隨溫度、壓力變化的規(guī)律是，氣體組分的相平衡常數(shù)受溫度、壓力的影響較各餾分大，在溫度為703.15K下，所有組分氣液平衡常數(shù)隨壓力的增大而減小，高溫餾分段平衡常數(shù)變化不明

7、顯(變化小于0.025)。15MPa下，各餾分段的氣液平衡常數(shù)隨溫度的升高而增大，氣體組分相平衡常數(shù)隨溫度的升高而降低。 5、根據(jù)相平衡數(shù)據(jù)建立神華煤液化油高溫、高壓下，并具有物理意義的二元 (T，p) 氣液相平衡常數(shù)方程，1n K1:A+Bp-1n p-Cp/T-D/T-Ep/TF，相關系數(shù)多為0.999，表明該方程具有較高的可靠性。 6、在300～685K的范圍內，分析閃蒸過程中，各餾分段的密度、粘度、表面張力隨溫度