煤炭直接液化体系高温高压气液相平衡研究

【摘要】： 煤炭直接液化反应体系为高温高压下气、液、固三相混合物,液相主要是由不同碳数烃类物质组成。液化反应物和产物在三相中的分配和状态直接影响到整个煤直接液化过程的进程,液化反应体系的高压气液相平衡数据是液化反应过程及反应器设计的基础数据。在2004年立项的“973”计划项目“大规模煤炭直接液化的基础研究”中,02课题主要研究煤液化反应产物的热力学性质。煤加氢液化的物系中,由于氢和甲烷的含量很高,同时又处于超临界状态,这就给液相系统的处理带来很多麻烦。另外氢和甲烷又同属于球形分子,分子都很小,和液化油混合在一起,由于分子大小的差异,形成了极端不对称体系,又增加了对这类体系处理的困难。 本论文主要研究内容是根据煤液化体系的自身特点,通过对煤液化油基本热力学性质的系统分析和研究,探索相应混合规则,建立根据组成、温度、压力等基本变量预测混合物热力学性质的数学模型。传统混合规则的状态方程常常不能准确描述液相行为,尤其是对极性体系,强不对称体系。而采用新型G~E混合规则为桥梁的状态方程.超额Gibbs自由能(EOS-G~E)模型,将活度系数模型和状态方程结合为一体,运用基团模型概念,对于煤液化高温高压且强不对称体系,强极性体系可以得到满意的计算结果。 通过建立煤液化高温高压闪蒸体系,选用PSRK模型自编气液平衡程序EO双层计算法求解闪蒸模型,该程序包括内外两层迭代循环,内层为β循环,外层为K循环,能快速达到收敛结果。一般经过5次左右迭代(外层)便能达到收敛精度要求。利用PSRK模型计算得到了24种组分的气液相组成和气液平衡常数,另外还得到高温高压下氢气在煤液化油的溶解度,并考察了氢气溶解度与温度和氢气分压力的关系,得出:氢气在煤液化油中的溶解度都随氢气分压和温度的升高而线线性增大。得出的氢气溶解度—曲线压力拟合直线偏离原点,表明氢气在煤液化油中的溶解度规律并不严格遵守亨利定律。