煤液化油气液平衡体系研究

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1、第29卷第1期化学反应工程与工艺、，0l29．NO12013年2月ChemicalReactionEngineeringandTechnologyFeb．2013文章编号：1001-7631(2013)Ol—舢29___J06煤液化油气液平衡体系研究任琼，单贤根，江洪波，章序文，李克健(1．华东理工大学石油加工研究所，上海200237；2冲国神华煤制油化工有限公司上海研究院，上海201108)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，液化体系的高压气液相平衡数据是液化过程设计的基础数据。为得到高压下的气液平衡数据，本研究

2、引入流程模拟软件AspenPlus，针对煤液化油高温和低温分离器，建立了煤液化油闪蒸模型。通过计算值与文献值对比，筛选适用于煤液化高压体系的物性方法，最终得出使用UNIQUAC．RKS方法和GRAYSON方法可以分别得到与高温分离器和低温分离器的实验值较相符的气液平衡数据。采用UNIQUAC．RKS方法的高温分离器气相和液相组成计算值与实验值的平均相对误差为分别为18．7％、5．49％，采用GRAYSON方法的低温分离器气相和液相组成计算值与实验值的平均相对误差为分别为19．8％、42．5％。关键词：煤液化油气液相平衡虚拟组分物性方法中图

3、分类号：TQ529．1文献标识码：A煤炭直接液化技术产业化是我国能源结构调整的重要组成部分。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，气体则包括H2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C4H10等，固相为煤、残渣等。对于煤炭直接液化技术产业化而言，高压气液相平衡数据是液化产物分离过程设计的基础。由于煤液化反应与初步分离均在高温高压下进行[1，2]，苛刻的操作条件接近甚至超过体系中某些组分的临界值，其热力学行为会发生反常变化，而高温高压的操作条件也超出了许多气液平衡模型的适用范围。从已有的研

4、究文献来看，关于煤液化体系的气液平衡数据严重不足，特别是针对中国煤质特性的煤液化体系相平衡数据]。针对这种情况，本研究根据已取得的神华煤液化油性质等基础数据[5】，用AspenPlus软件对煤液化油窄馏分建立虚拟组分，并对各窄馏分的临界性质进行估算。在此基础上建立神华煤液化油闪蒸过程模型，并将不同方法的模拟计算结果与实验值进行对比，从中筛选针对不同分离单元的合适方法。1气液相平衡理论基础体系的温度与压力确定之后，体系中气相和液相达到平衡的条件是其中任一组分i的气液相逸度^^相等，即：=从这一基本的判据可得气液相平衡计算的两种计算基础式，一

5、种是用相同模型同时描述两相行为，称为状态方程模型；另一种是对气液相采用不同的模型来分别处理，称为混合模型关联。煤液化体系为高压体系，而且含有氢气、轻气体(CO、H2S等)、不同碳数的烃类以及残渣等物收稿日期：2012．11．30；修订日期：2012．12。27。作者简介：任琼(1988一)，女，硕士研究生；江洪波(1971一)，男，副教授，通讯联系人。E—mail：hbjiang@ecust．edu．cn。30化学反应工程与工艺2013年2月质，包括极性和非极性化合物，是一个复杂的气液相平衡体系。故适用于煤液化体系的物性方法有GRAYSO

6、N、RK-SOAVE等。一般情况下，活度系数法较好地适用于中低压体系，但是UNIFAC、UNIQUAC活度系数模型能计算任意的极性和非极性化合物的混合物，而煤液化反应体系属于复杂的含有极性化合物的混合物，考虑到目前对煤液化体系适用的物性方法研究报道还比较少，因此本研究对这两种模型在煤液化体系中的适用性也进行了考察。1．1GRAYSON性质方法GRAYSON性质方法L6J具有预测性。它使用Scatchard．Hildebrand模型计算活度系数，使用Redlich．Kwong状态方程计算气体性质。GRAYSON性质方法是为含有烃和轻气体的体

7、系开发的。若为含H2的系统，优先推荐L6J该性质方法。1．2RK．SOAVE性质方法RK．SOAVE性质方法使用RKS(Redlich．Kwong—Soave)状态方程【7_l。计算纯化合物性质。对于含轻气体的极性和非极性化合物的混合物可以使用该方法。对所有温度和压力范围，都能得到合理的计算结果。特别适合于高温和高压范围，如烃类加工应用、超临界抽提过程等。1．3UNIQUAC-RKS、UNIFAC-RKS与UNIFDMD．RKS性质方法UNIQUAC—RKS、UNIFAC—RKS与UNIFDMD—RKS性质方法气相均采用RKS状态方程，液

8、相分别采用UNIQUAC、UNIFAC、UNIFDMD活度系数模型。UNIQUAC活度系数模型能模拟任何极性和非极性化合物的混合物，甚至很强的非理想体系。它是基于分子贡献原理，被推荐用于高度非