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煤炭直接液化条件下煤浆黏度的研究

作　者: 颜丙峰
导　师: 史士东；李文博
学　校: 煤炭科学研究总院
专　业: 化学工艺
关键词: 直接液化高温高压油煤浆流变特性黏度
分类号: TQ529.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

油煤浆的流变性能是煤炭直接液化中十分重要的工艺性问题。在煤炭直接液化过程中,高浓度的油煤浆随着温度的升高,煤的结构单元之间的桥键会发生断裂,产生自由基,自由基不稳定,在没有高压氢气环境和没有溶剂分子分隔的条件下,自由基又会结合成大分子,从而可能导致油煤浆的流变性发生明显变化,甚至产生突变,造成系统阻力增加,传热和传质工况恶化,如果产生局部高温,还会诱发结焦和形成其他固体沉积物,从而影响全系统的正常运行。本文利用北京煤化工分院液化所研制的一台可在模拟液化条件下测定油煤浆扭矩变化的实验装置,并利用针对该扭矩测定装置开发的两种黏度计算方法(剪应力分解法和功率准数法),在扩充了功率准数法的适用范围的基础上,测定了温度在220℃～450℃的下的煤浆黏度。经过比较,功率准数法的测定结果优于剪应力分解法,并且黏度的对数与温度的倒数成很好的线性关系。从升温速率、剪切速率、液化产物组分和转化率等方面对其粘温特性进行了研究。在实验条件范围内,剪切速率对黏度的影响不大,并没有表现出剪切稀化行为。升温速率为5℃/min时,在220℃～250℃的温度范围内黏度曲线出现一个平台,超过250℃后黏度才迅速下降,到340℃黏度下降趋势变缓;升温速率为10℃/min时,随着温度的升高,一开始黏度一直呈下降趋势,在340℃～390℃范围内黏度曲线出现一个小峰,直到390℃后黏度又开始下降。通过溶胀实验及对液化产物的分析,本文认为升温速率为5℃/min时,黏度在220℃～250℃没有下降是由溶胀引起的,在340℃以后的高温阶段,黏度的变化与前沥青烯的大量生成有关。此外,研究还发现,煤转化率在30%～40%范围内,煤浆黏度会增加。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
引言  8-10
第一章文献综述  10-27
  1.1 油煤浆流变特性的研究现状  10-11
  1.2 油煤浆黏度的测定方法及装置  11-13
  1.3 粘温特性机理的研究  13-15
    1.3.1 溶胀实验  13-14
    1.3.2 溶解度参数  14
    1.3.3 抽提及抽提物分析  14-15
  1.4 油煤浆黏度的影响因素  15-19
    1.4.1 温度对煤浆黏度的影响  15-16
    1.4.2 煤阶对煤浆黏度的影响  16-17
    1.4.3 煤颗粒分布对煤浆黏度的影响  17
    1.4.4 催化剂对煤浆黏度的影响  17
    1.4.5 剪切速率对煤浆黏度的影响  17-18
    1.4.6 氢分压对煤浆黏度的影响  18-19
    1.4.7 煤油比对煤浆黏度的影响  19
    1.4.8 溶剂对煤浆黏度的影响  19
  1.5 油煤浆黏度变化的机理  19-24
    1.5.1 溶胀机理  20-21
    1.5.2 煤衍生物的非共价键作用  21-23
      1.5.2.1 小分子团的释放及相互作用  21-22
      1.5.2.2 沥青烯与前沥青烯的生成与作用机理  22-23
    1.5.3 胶体化、桥联及聚集机理  23-24
  1.6 煤浆黏度变化的模型  24-25
  1.7 小结  25
  1.8 本文工作  25-27
第二章预备性实验  27-34
  2.1 实验原料  27-28
  2.2 干燥后的煤粉及催化剂中水分含量的测定  28-29
  2.3 常温常压下流体密度的测定  29-31
    2.3.1 高温下循环溶剂密度的确定  30-31
    2.3.2 高温下油煤浆密度的计算  31
  2.4 常温常压下流体黏度的测定  31-33
  2.5 煤粉溶胀度的测定  33-34
第三章测定油煤浆黏度的装置和方法  34-42
  3.1 油煤浆黏度测定装置  34-35
  3.2 油煤浆黏度测定方法  35-40
    3.2.1 功率准数法  35-37
    3.2.2 剪应力分解法  37-39
    3.2.3 Re>300的标准功率曲线log Φ-logRe  39-40
  3.3 本章小结  40-42
第四章油煤浆加压升温过程的高压釜实验及液化产物分析方法  42-48
  4.1 油煤浆加压升温过程的高压釜实验  42-43
  4.2 液化产物分析方法  43-47
    4.2.1 气相产物分析  43-44
    4.2.2 液固相产物分析  44-45
      4.2.2.1 索氏萃取器  44-45
    4.2.3 反应物产率的计算方法  45-47
  4.3 灰分的测定  47
  4.4 本章小结  47-48
第五章煤浆的黏度及其粘温特性的分析  48-63
  5.1 剪应力分解法测定的黏度及粘温特性  48-53
  5.2 功率准数法测定的黏度及粘温特性  53-57
  5.3 两种方法的比较  57-58
  5.4 油煤浆粘温变化机理的研究  58-62
    5.4.1 煤颗粒溶胀对黏度的影响  58
    5.4.2 液化产物对黏度的影响  58-60
    5.4.3 煤转化率与黏度的关系  60
    5.4.4 硫的添加量对黏度的影响  60-61
    5.4.5 黏度变化的模型  61-62
  5.5 本章小结  62-63
第六章总结和展望  63-67
  6.1 主要结论  63-64
  6.2 本文创新点  64
  6.3 不足之处和今后工作的展望  64-67
附录A  67-69
附录B  69-70
参考文献  70-76
致谢  76-77
在学期间发表的学术论文  77

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