甲烷在常压和高压下溶解度的测定与计算

【摘要】：随着环保意识的加强和汽车工业的发展，相对清洁、经济的天然气汽车成为现今研究的重点，如何实现天然气经济、高效地贮存成为目前天然气汽车急需解决的问题，其中将天然气溶解于溶剂中可能是解决的有效途经之一。本文为选择理想的天然气溶剂进行了相关的基础研究。 本文首先建立了测定常温、常压下气体溶解度的实验装置并验证了该装置的可靠性。测定了甲烷在乙醇-正己烷和乙醇-正庚烷中的常压溶解度，用PR和PRSV方程计算了溶解度数据，并计算了甲烷在二元混合溶剂中的亨利系数。还建立了一套准确、可靠的，用于测定常温、高压下气体溶解度的实验装置，也验证了其可靠性。为发展乙醇汽车和甲醇汽车的应用，选择乙醇、甲醇两种极性物质分别与正己烷、正庚烷、苯、甲苯、等非极性物质混合作为溶剂，首次详细测定了甲烷在各种混合溶剂中的溶解度。结果表明用溶剂贮存天然气，可以降低燃料罐的储存压力并提高燃料贮存密度，为天然气汽车燃料的研究提供了依据，同时也为研究极性体系的溶液理论和GLE（气液平衡）计算提供了丰富的基础数据。 选择五种不同的状态方程和混合规则对实验测得的一系列三元高压GLE数据进行了拟合、内插和外推计算，并分析了各种方法对于极性体系GLE计算的适用情况。同时，本文还分别使用改进的活度系数法和缔合理论对实验数据进行了计算。 此外，本文测定了甲烷在汽油及环己烷＋正庚烷非极性混合溶剂中的高压溶解度数据，用状态方程法对实验数据进行了计算并与极性体系进行比较，结果表明，对于非极性体系，用二元的GLE数据可以估算三元GLE数据，估算结果与实验值能很好地吻合。 本文采用UNIFAC法对自测的及文献中的甲烷在极性纯溶剂中的溶解度数据进行了关联和估算，定义了新基团，并回归出了基团间的交互作用能量参数。结果表明，用本文得到的参数估算甲烷在相关溶剂中的溶解度数据结果良好。 使用PR状态方程和A-K经验模型计算了各种实验体系的高压液相摩尔体积（密度）。本文对A-K经验模型进行了两种修正，用于估算含醇物系的高压液相摩尔体积，修正后的A-K模型精度有较大的提高。因此成功地建立了由测量的溶解甲烷体积求算质量的方法。 WP=4 综上所述，本论文测定了甲烷在低压及高压下在混合溶剂中的溶解度，提供了实际应用的必需数据，提出了各种计算方法，可供设计含溶剂的天然气汽车燃料配方使用，也推进了气液相平衡理论及计算方法的进展。 【关键词】：天然气汽车 甲烷 溶解度 气液平衡 亨利系数 液体摩尔体积
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：O645
【目录】：

• 第一章 前言11-14
• 第二章 文献综述14-34
• 2.1 天然气汽车综述14-20
• 2.1.1 天然气汽车的主要优势14-15
• 2.1.2 各种天然气汽车的特点及发展状况15-18
• 2.1.3 有溶剂的天然气汽车18-19
• 2.1.4 各种天然气汽车的综合比较19
• 2.1.5 天然气汽车总结19-20
• 2.2 气体溶解度的测定与计算20-28
• 2.2.1 气体溶解度的测定方法20-22
• 2.2.2 气体溶解度的表示方法22-23
• 2.2.3 气液平衡的计算方法23-26
• 2.2.4 气体溶解度的估算方法26-28
• 2.3 甲烷在不同溶剂中溶解度数据的文献总结28-34
• 2.3.1 甲烷在纯烃中的溶解度29-31
• 2.3.2 甲烷在其它溶剂中的溶解度31-32
• 2.3.3 本论文测定范围32-34
• 第三章 常压溶解度测定及其关联计算34-60
• 3.1 实验目的及意义34
• 3.2 实验方案及实验装置34-40
• 3.2.1 实验方案的确定34
• 3.2.2 实验装置及测定方法34-37
• 3.2.3 实验试剂37-38
• 3.2.4 实验装置的可靠性检验38-40
• 3.3 实验结果40-46
• 3.3.1 气体在液体中溶解度的计算40-41
• 3.3.2 实验数据41-44
• 3.3.3 温度、压力、溶剂组成对甲烷溶解度的影响44-46
• 3.4 实验讨论与结论46-47
• 3.4.1 结果讨论46-47
• 3.4.2 实验误差分析47
• 3.5 实验数据计算过程举例47-50
• 3.6 状态方程法计算常压下的溶解度数据50-56
• 3.6.1 方法简介50-52
• 3.6.2 计算结果52-56
• 3.7 计算甲烷在二元混合溶剂中的亨利系数56-59
• 3.7.1 方法简介56-58
• 3.7.2 计算结果58-59
• 3.7.3 讨论59
• 3.8 本章小结59-60
• 第四章 高压溶解度测定60-100
• 4.1 实验方案及实验装置60-70
• 4.1.1 溶剂的选择60
• 4.1.2 实验方案的确定60-63
• 4.1.3 实验装置及测定方法63-67
• 4.1.4 实验装置的可靠性检验67-68
• 4.1.5 气相色谱分析实验68-70
• 4.2 实验数据处理70-72
• 4.2.1 气体在液体中溶解度的计算70
• 4.2.2 液相中溶解的气体量70
• 4.2.3 液相中溶剂的物质的量70-71
• 4.2.4 实验数据计算过程举例71-72
• 4.3 乙醇-烃为混合溶剂的实验结果72-84
• 4.3.1 实验数据结果表73-79
• 4.3.2 温度、压力和组成对甲烷溶解度的影响79-83
• 4.3.3 实验结果分析83-84
• 4.4 甲醇-烃为混合溶剂的实验结果84-90
• 4.4.1 实验数据结果表85-87
• 4.4.2 温度、压力和组成对甲烷溶解度的影响87-89
• 4.4.3 实验结果分析89-90
• 4.5 汽油为溶剂的实验结果90-95
• 4.5.1 汽油的基础数据90
• 4.5.2 汽油为溶剂的实验结果90-93
• 4.5.3 实验结果分析与讨论93-95
• 4.6 甲烷在正庚烷-环己烷混合溶剂中的溶解度95-98
• 4.7 实验误差分析98-99
• 4.8 本章小结99-100
• 第五章 高压溶解度计算模型100-122
• 5.1 高压溶解度的关联模型100-108
• 5.1.1 状态方程及相应的混合规则简介100-102
• 5.1.2 计算结果102-108
• 5.1.3 状态方程法小结108
• 5.2 活度系数法108-112
• 5.2.1 活度系数法计算高压气液平衡简介109-110
• 5.2.2 计算结果110-112
• 5.2.3 活度系数法小结112
• 5.3 缔合计算112-114
• 5.3.1 缔合理论简介112-113
• 5.3.2 缔合计算结果113-114
• 5.4 非极性体系计算模型114-117
• 5.4.1 预测方法及预测结果114-116
• 5.4.2 与极性体积计算比较116-117
• 5.4.3 本节小结117
• 5.5 其它极性体系的估算117-119
• 5.6 本章小结119-122
• 第六章 UNIFAC法研究甲烷气体的溶解度122-132
• 6.1 气体溶解度的UNIFAC估算方法122-125
• 6.2 利用UNIFAC法研究甲烷在极性溶剂中的溶解度125-131
• 6.2.1 甲烷在纯极性溶剂中的溶解度125-127
• 6.2.2 UNIFAC法用于气液平衡的基团划分127-128
• 6.2.3 UNIFAC法基团交互作用能量参数的回归128-129
• 6.2.4 UNIFAC法用于甲烷溶解度的预测结果129-131
• 6.3 本章小结131-132
• 第七章 高压下液体摩尔体积(密度)的计算模型132-139
• 7.1 计算方法简介132-133
• 7.1.1 状态方程法132-133
• 7.1.2 经验估算法133
• 7.2 高压下液相摩尔体积的计算133-138
• 7.2.1 状态方程法133-135
• 7.2.2 经验估算法135-138
• 7.3 本章小结138-139
• 第八章 结论139-141
• 主要符号说明141-142
• 参考文献142-151
• 在学期间发表论文和参加科研情况说明151-152
• 附录一 甲烷在正己烷中溶解平衡后闪蒸的气相色谱图152-153
• 附录二 部分实验数据的液体燃料储存密度及热值153-156
• 附录三 高压液相摩尔体积的计算结果表156-163
• 附录四 各种物质的Hankinson-Thomson模型特性参数163-165
• 致谢165-164

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