摘要:以勝利煤直接液化油的窄餾分為研究對象，進行了不同溫度條件下各窄餾分表麵張力的實驗測定，並對已有的石油餾分表麵張力與其性質間的關聯在煤液化油餾分中的適用性進行了考察.研究結果表明，隨環境溫度的升高，各窄餾分的表麵張力均表現為下降的趨勢;在相同測試溫度條件下，隨窄餾分切割溫度的變化，表麵張力沒有呈現出一定的規律性.煤液化油餾分組成複雜，芳香性及雜原子含量較高，對煤液化油餾分表麵張力與其基本性質間的關聯不易直接使用石油餾分表麵張力的預測關聯式，用Matlab7.0軟件進行修正即可達到誤差小於10%的要求。

煤炭直接液化是利用豐富的煤炭資源緩解石油短缺的重要途徑之一，為了提高煤液化反應的油收率和改善苛刻的液化工藝條件，在反應器的設計、液化產物的分離和提質加工以及工藝優化等操作中需要了解煤液化油品的物化性質.煤液化油性質及組成因其原料來源和液化工藝條件而異，基本物化性質與液化油的組成密切相關.表麵張力是液體的重要物化參數之一，它對蒸餾、吸收和萃取等過程的傳質有顯著影響，能從一個側麵反映液體的微觀特性，同時也是與分子大小和作用力相關的反映非均勻流體特性的重要參數，是多相係統研究的基礎和出發點。直接測定煤液化油的性質比較困難，針對樣品的特性，需將煤液化油切割成各個窄餾分，而窄餾分仍然是一種複雜的烴類化合物混合體係.本文主要對勝利煤液化油窄餾分的表麵張力進行了測定並關聯了其與樣品基本性質間的關係.

1 實驗

實驗用樣品由煤炭科學研究總院北京煤化工分院提供，由0.1t/d煤直接液化連續試驗裝置中獲取的煤液化油產品經精密蒸餾而得.在切割溫度範圍內選擇14個窄餾分樣品進行了分析測試，各窄餾分的基本性能試驗結果見表1.表麵張力的測定采用吊片法，選擇芬蘭Kibron公司生產的Delta-8全自動91视频下载安装進行測定，測溫範圍為20.0~99.9℃，精度為±0.1℃，表麵張力精度±0.1mN/m.測試時需確保白金板和樣品器皿的清潔以及試驗結束後測溫裝置的清洗，測試前以純的化學試劑正庚烷、環己烷、苯進行儀器設備的校正和操作參數的選擇.

表1 勝利煤液化油各窄餾分的基本性質

IBP為初沸點;Tb為中沸點;ρ(15℃)，ρ(20℃)分別為15℃和20℃時的密度.

2 結果與討論

2.1 煤液化油窄餾分表麵張力的實驗值

圖1為勝利煤液化油窄餾分表麵張力的實驗測定結果.由圖1可以看出，某一特定餾分的表麵張力隨溫度的升高呈逐漸降低的趨勢.該結果與石油餾分表麵張力隨溫度變化的趨勢基本一致，這主要是由於溫度升高時分子間力變小引起的.在相同的測定溫度條件下，不同餾分的表麵張力隨餾分切割溫度的升高基本上具有增大的趨勢，隻是中間餾分的變化不太明顯，而較高溫度沸點段的重油餾分無規律可循，這主要是由於分子間力是表麵張力的決定因素，分子大小相近時，極性高的表麵張力高;分子的極性相近時，分子量大的物質表麵張力也高引起的.為便於計算，對勝利煤液化油窄餾分表麵張力與溫度關係用式 σ=a-bT 進行了回歸關聯，其中，σ 為表麵張力，mN/m;a，b為參數;T為溫度.回歸計算結果見表2.

2.2 表麵張力與其基本性質間的關聯

煤液化油餾分和石油餾分的物性均表現為綜合的平均性質，與化學組成密切相關，利用煤液化油餾分和石油餾分的某些易得的物性預測其表麵張力具有較好的實用價值.石油餾分的特性因數 Kw 普遍高於煤液化油餾分，石油餾分約在12~13，而煤液化油多在12以下.煤液化油與石油餾分組成及物性的差別使煤液化油餾分數據預測不能直接套用石油餾分的表麵張力關聯式，對所有窄餾分進行統一修正效果較差，需將相近切割溫度的餾分分組關聯.初步發現，按下述方法分組關聯對煤液化油餾分預測較為可行.

表2 勝利煤液化油餾分表麵張力的經驗回歸

注: 340~360℃ 餾分采用 σ=ax²+bx+c 回歸, a=0.0016, b=-1.1117, c=213.7, R²=0.9774.

輕餾分使用 Wilson法形式進行修正,即

σ = a / Kw × (1 - Tr)^b

Kw = 1.216 Tb^(1/3) / Sg

中間餾分按 Gray法形式進行修正,即

σ = a (1 - Tr)^b Tc^(1/3) Pc^(2/3)

高溫段切割餾分按 Reid法形式進行修正,即

σ = a (1 - Tr)^b

式中, Kw 為煤液化油芳香度; Tr 為對比溫度, K; Sg 為 15.6℃ 時的密度; Tc 為臨界溫度, K; Pc 為臨界壓力, 10⁵ Pa.

2.3 勝利煤液化油窄餾分表麵張力的關聯結果

煤液化油餾分的臨界性質因其在臨界點前可能分解而使實驗測定困難,采用估算的方法簡單可行.臨界性質的估算方法可分為由沸點、密度 2個參數關聯和由沸點、密度、分子量 3個參數進行關聯兩類.由於分子量的測定誤差較大,多采用由沸點和密度關聯臨界性質.驗證結果認為,勝利煤液化油窄餾分表麵張力與其性質間的關聯用臨界溫度和臨界壓力的估算值基於張建中 Riazi-Daubert改進法的臨界性質估算數據較好.對勝利煤液化油窄餾分進行如下分組修正: IBP~110℃ 和 110~150℃ 餾分按 Wilson法的形式修正; 150~180℃, 180~200℃, 200~220℃ 為一組, 220~240℃, 240~260℃, 260~280℃ 和 280~300℃ 餾分為一組，分別按Gray法的形式修正; 300~320℃, 320~340℃ 和 360~380℃ 按Reid法的形式修正; 380~450℃ 單獨一組,也按Reid法的形式進行回歸; 340~360℃ 餾分按原始的Gray法，相對誤差較小，可不予修正.各液化油窄餾分進行關聯和修正後的預測結果見表3,由表3看出,預測值與實驗測定值的相對最大偏差相差不大，均小於10%，說明所選擇的表麵張力預測關聯式基本合理.

3 結論

芬蘭Kibron公司生產的Delta-8全自動高通量91视频下载安装，能夠準確測量在20.0~99.9℃範圍內有機物及煤液化油窄餾分的表麵張力.勝利煤液化油窄餾分的表麵張力均隨溫度的升高而降低;在相同測試溫度條件下，隨窄餾分中沸點的升高，表麵張力基本呈增大的趨勢，因煤液窄餾分組成的複雜性，也存在一些異常.煤液化油窄餾分組成複雜，芳香性及雜原子含量較高，表麵張力與其基本性質的關聯不易直接使用現有的基於石油餾分的關聯式.用Matlab7.0軟件進行修正，分組關聯能達到滿意的精度要求.勝利煤煤液化油窄餾分與其基本性質關聯中，所需臨界溫度和臨界壓力的估算以張建中的Riazi-Daubert改進法和Retzekas法為最佳.