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煤直接液化作为一种高效的洁净煤技术,对于缓解我国石油资源匮乏的局面具有重要意义。在煤直接液化项目的设计中,要用到煤液化油馏分的基础热物性数据,而煤液化油馏分的比热容是重要的热物性参数之一,煤液化油馏分的比热容测定能为液化项目的工程计算和科学研究提供可靠的数据源。
物质的比热容可以通过实验测量和理论估算两种途径解决。实验测量法根据原理不同,主要有直接法和比较法。直接法测量比热结果准确,但试样用量较多,操作周期较长;比较法具有用样量少、测量迅速的优点。本研究选择比较法进行煤液化油窄馏分比热容的测量。
实验首先采用分析纯苯、甲苯、正庚烷,进行比热测量值与文献值的比较,调节操作参数使相对误差控制在3%左右。基于纯有机溶剂操作参数对胜利煤液化油各窄馏分在不同温度、氩气或氢气、常压或加压条件下的比热容就行了测定,探讨了比热与实验温度、操作压力、环境气氛及馏分中沸点的关系。通过实验数据得到如下结论:
1)煤液化油窄馏分的比热与实验温度有良好的线性关系,随温度的升高,比热容逐渐增大。最小二乘法对数据进行回归分析的相关系数表明,二次多项式回归与原始数据吻合程度良好,回归公式可用于实验测试温度范围外的比热外推计算。
2)窄馏分的比热与馏分的沸点也有一定的相关性,随馏分沸点的增加,比热逐渐降低。
3)随压力的增加窄馏分的比热降低,压力从1bar增加到12.5bar,最大减小值为7%。
4)煤液化油窄馏分在氢气气氛中的比热高于氩气气氛,一般情况相差5~8%,但200~220℃、260~280℃和300~320℃三个沸点范围内的窄馏分在两种气氛中的差值较小。
论文同时对文献中常用的四个用于石油馏分的关联式对胜利煤液化油窄馏分的适用性进行了考察,发现API关联式对于200℃以上沸点范围的馏分的关联性较好,适合于煤液化油比热的估算。Waston-Nelson对于高温馏分的关联误差较小,而Modifled Waston-Nelson对于中温馏分关联误差较小,但是两者对高于200℃的中高温馏分的关联值的误差也基本上在工程设计要求范围之内。