氢气在烃类混合溶剂中高压溶解度的测定.pdf

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1、第34卷第z期煤炭转化Vo1．34NO．22011年4月C0ALC0NVERS10NApr．2011氢气在烃类混合溶剂中高压溶解度的测定罗化峰郭剑虹凌开成。张卫帅王顺华’冯伟申峻摘要为了研究氢气在煤液化油中的溶解规律和煤液化反应过程中的氢耗，选择煤液化油中几种代表性物质的混合组分十六烷一四氢萘、四氢萘一喹啉、十六烷一喹啉作为溶剂，利用平衡液相取样法气体溶解度测定装置，测定了氢气在上述溶剂中不同温度和压力下的溶解度数据(453．15K～623．15K，1MPa～10MPa)，同时给出了氢气在这些混合溶剂体系中的溶解度规律．利用数学模型lnxH一一+bT+clnT4-dlnP。+P(式中参数可

2、由氢气在相应溶剂中的溶解度数据关联得』。到)和P／N／A方法计算相关溶解度数据，发现该数学模型的计算预测值与实验值的平均绝对误差(r／)在5．52o,4左右，而通过P／N／A方法的计算，预测值与实验值的平均绝对误差较大，这表明该数学模型在计算氢气在有机混合溶剂中的溶解度方面具有很好的应用价值．关键词氢气，溶解度，煤液化油，数学模型，P／N／A方法中图分类号TQ529．1利用该数学模型和P／N／A方法分别计算了氢气在0引言实验混合溶剂中的溶解度，并将实验值与两种方法煤液化是一种高效洁净煤技术．氢气是煤液化的计算值进行了比较讨论．反应的原料气体，同时又是煤液化油和石油重油提1实验部分质加工的原

3、料气体，因此，深入了解氢气在煤液化油1．1试剂和重油等碳氢化合物中的溶解规律，对煤液化过程和煤液化油以及石油重油的进一步加工提质都有着十六烷、四氢萘和喹啉均为分析纯溶剂(天津市重要的理论和现实意义．煤液化油主要由饱和烃、芳光复精细化工研究所生产)；氢气和氮气(织江气体香烃以及极性物三类物质组成，其中饱和烃部分主有限公司生产，纯度99．0)．要是C。～C。直链烷烃，芳香烃部分主要包含烷基1．2仪器与设备取代的氢化单环、双环芳烃及少量的多环芳烃，以及高温高压平衡液相取样法氢气溶解度测定装置杂原子芳烃部分．11为了研究氢气在煤液化油中由高压平衡系统、取样系统和常压分析系统三部分的溶解规律，本实验

4、选择煤液化油中具有代表性的组成．高压平衡系统采用了内径细长的气液双搅拌物质十六烷、四氢萘和喹啉的混合溶剂进行了研究．高压釜，保证釜内气液两相受热的均匀性和溶解平同时，十六烷和四氢萘是典型的非极性溶剂，而喹啉衡的稳定性．取样系统中取样釜的体积仅占到釜内则是极性溶剂，测定和研究氢气在这些溶剂中的溶液体的2％，避免了取样时产生二次平衡．常压分析解度还具有很重要的理论意义．本研究利用实验室系统采用低温闪蒸法，闪蒸后U形压力计前后的差建立的一套采用平衡液相取样法测定气体在液体中值即为平衡条件下氢气的溶解量．实验装置、实验过溶解度的实验装置，测定了不同温度和压力下氢气程及实验装置的可靠性检验参见文献[

5、3]．在十六烷一四氢萘、四氢萘一喹啉、十六烷一喹啉三种混2结果与讨论合溶剂中的溶解度，并参考亨利定律和Pierotti方法提出了一个在不同温度和压力条件下预测氢气在2．1实验结果及处理碳氢化合物类有机溶剂中溶解度的数学模型．最后，实验测定了453．15K～623．15K，1MPa～*国家自然科学基金资助项目(20776094，21076137)和山西省自然科学基金资助项目(2009011010—2)．1)博士生；3)教授、博士生导师(通讯作者)；4)硕士生；5)教授，太原理工大学化学化工学院，030024太原；2)工程师，山西博康药业有限公司，030021太原收稿日期：2010-09—02

6、；修回日期：2010—1118煤炭转化10MPa范围内氢气在十六烷四氢萘、四氢萘一喹表1氢气在十六烷一四氢萘体系中溶解度的计算结果啉、十六烷一喹啉三种混合溶剂中的溶解度，相关实Table1Calculationresultsofhydrogensolubilityinthe验数据见表1，第57页表2和表3．mixtureofhexadecane1，2，3，4一tetrahydronaphtha1ene大部分氢气溶解度预测模型是利用实验所得平衡溶解度数据与气体状态方程～一进行参数关联推导得到的．Riazi等¨6最新提出了一种基于溶剂类型或分子质量的相关参数预测氢气溶解度的简单方法(P／N／A

7、法)，该方法针对不同的溶剂类型，采用不同的参数a与_厂。L分别对氢气的溶解度参数和对比逸度进行修正，使得氢气在纯溶剂、石油溶剂和煤液化油中溶解度预测不再需要关联和溶解度数据相关参数，即可直接预测氢气在溶剂中的溶解度．本文采用Pierotti[7方法中亨利常数表达式与亨利定律，并参考氢溶解于金属中的Sieverts定律I8]，通过理论推导得到了一个氢气在碳氢化合物中溶解度的计算关联模型，具体推导过程见文献[9]，模型如下：