摘要:以胜利煤直接液化油的窄馏分为研究对象，进行了不同温度条件下各窄馏分表面张力的实验测定，并对已有的石油馏分表面张力与其性质间的关联在煤液化油馏分中的适用性进行了考察.研究结果表明，随环境温度的升高，各窄馏分的表面张力均表现为下降的趋势;在相同测试温度条件下，随窄馏分切割温度的变化，表面张力没有呈现出一定的规律性.煤液化油馏分组成复杂，芳香性及杂原子含量较高，对煤液化油馏分表面张力与其基本性质间的关联不易直接使用石油馏分表面张力的预测关联式，用Matlab7.0软件进行修正即可达到误差小于10%的要求。

煤炭直接液化是利用丰富的煤炭资源缓解石油短缺的重要途径之一，为了提高煤液化反应的油收率和改善苛刻的液化工艺条件，在反应器的设计、液化产物的分离和提质加工以及工艺优化等操作中需要了解煤液化油品的物化性质.煤液化油性质及组成因其原料来源和液化工艺条件而异，基本物化性质与液化油的组成密切相关.表面张力是液体的重要物化参数之一，它对蒸馏、吸收和萃取等过程的传质有显著影响，能从一个侧面反映液体的微观特性，同时也是与分子大小和作用力相关的反映非均匀流体特性的重要参数，是多相系统研究的基础和出发点。直接测定煤液化油的性质比较困难，针对样品的特性，需将煤液化油切割成各个窄馏分，而窄馏分仍然是一种复杂的烃类化合物混合体系.本文主要对胜利煤液化油窄馏分的表面张力进行了测定并关联了其与样品基本性质间的关系.

1 实验

实验用样品由煤炭科学研究总院北京煤化工分院提供，由0.1t/d煤直接液化连续试验装置中获取的煤液化油产品经精密蒸馏而得.在切割温度范围内选择14个窄馏分样品进行了分析测试，各窄馏分的基本性能试验结果见表1.表面张力的测定采用吊片法，选择芬兰Kibron公司生产的Delta-8全自动榴莲视频APP下载最新版本进行测定，测温范围为20.0~99.9℃，精度为±0.1℃，表面张力精度±0.1mN/m.测试时需确保白金板和样品器皿的清洁以及试验结束后测温装置的清洗，测试前以纯的化学试剂正庚烷、环己烷、苯进行仪器设备的校正和操作参数的选择.

表1 胜利煤液化油各窄馏分的基本性质

IBP为初沸点;Tb为中沸点;ρ(15℃)，ρ(20℃)分别为15℃和20℃时的密度.

2 结果与讨论

2.1 煤液化油窄馏分表面张力的实验值

图1为胜利煤液化油窄馏分表面张力的实验测定结果.由图1可以看出，某一特定馏分的表面张力随温度的升高呈逐渐降低的趋势.该结果与石油馏分表面张力随温度变化的趋势基本一致，这主要是由于温度升高时分子间力变小引起的.在相同的测定温度条件下，不同馏分的表面张力随馏分切割温度的升高基本上具有增大的趋势，只是中间馏分的变化不太明显，而较高温度沸点段的重油馏分无规律可循，这主要是由于分子间力是表面张力的决定因素，分子大小相近时，极性高的表面张力高;分子的极性相近时，分子量大的物质表面张力也高引起的.为便于计算，对胜利煤液化油窄馏分表面张力与温度关系用式 σ=a-bT 进行了回归关联，其中，σ 为表面张力，mN/m;a，b为参数;T为温度.回归计算结果见表2.

2.2 表面张力与其基本性质间的关联

煤液化油馏分和石油馏分的物性均表现为综合的平均性质，与化学组成密切相关，利用煤液化油馏分和石油馏分的某些易得的物性预测其表面张力具有较好的实用价值.石油馏分的特性因数 Kw 普遍高于煤液化油馏分，石油馏分约在12~13，而煤液化油多在12以下.煤液化油与石油馏分组成及物性的差别使煤液化油馏分数据预测不能直接套用石油馏分的表面张力关联式，对所有窄馏分进行统一修正效果较差，需将相近切割温度的馏分分组关联.初步发现，按下述方法分组关联对煤液化油馏分预测较为可行.

表2 胜利煤液化油馏分表面张力的经验回归

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

轻馏分使用 Wilson法形式进行修正,即

σ = a / Kw × (1 - Tr)^b

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

中间馏分按 Gray法形式进行修正,即

σ = a (1 - Tr)^b Tc^(1/3) Pc^(2/3)

高温段切割馏分按 Reid法形式进行修正,即

σ = a (1 - Tr)^b

式中, Kw 为煤液化油芳香度; Tr 为对比温度, K; Sg 为 15.6℃ 时的密度; Tc 为临界温度, K; Pc 为临界压力, 10⁵ Pa.

2.3 胜利煤液化油窄馏分表面张力的关联结果

煤液化油馏分的临界性质因其在临界点前可能分解而使实验测定困难,采用估算的方法简单可行.临界性质的估算方法可分为由沸点、密度 2个参数关联和由沸点、密度、分子量 3个参数进行关联两类.由于分子量的测定误差较大,多采用由沸点和密度关联临界性质.验证结果认为,胜利煤液化油窄馏分表面张力与其性质间的关联用临界温度和临界压力的估算值基于张建中 Riazi-Daubert改进法的临界性质估算数据较好.对胜利煤液化油窄馏分进行如下分组修正: IBP~110℃ 和 110~150℃ 馏分按 Wilson法的形式修正; 150~180℃, 180~200℃, 200~220℃ 为一组, 220~240℃, 240~260℃, 260~280℃ 和 280~300℃ 馏分为一组，分别按Gray法的形式修正; 300~320℃, 320~340℃ 和 360~380℃ 按Reid法的形式修正; 380~450℃ 单独一组,也按Reid法的形式进行回归; 340~360℃ 馏分按原始的Gray法，相对误差较小，可不予修正.各液化油窄馏分进行关联和修正后的预测结果见表3,由表3看出,预测值与实验测定值的相对最大偏差相差不大，均小于10%，说明所选择的表面张力预测关联式基本合理.

3 结论

芬兰Kibron公司生产的Delta-8全自动高通量榴莲视频APP下载最新版本，能够准确测量在20.0~99.9℃范围内有机物及煤液化油窄馏分的表面张力.胜利煤液化油窄馏分的表面张力均随温度的升高而降低;在相同测试温度条件下，随窄馏分中沸点的升高，表面张力基本呈增大的趋势，因煤液窄馏分组成的复杂性，也存在一些异常.煤液化油窄馏分组成复杂，芳香性及杂原子含量较高，表面张力与其基本性质的关联不易直接使用现有的基于石油馏分的关联式.用Matlab7.0软件进行修正，分组关联能达到满意的精度要求.胜利煤煤液化油窄馏分与其基本性质关联中，所需临界温度和临界压力的估算以张建中的Riazi-Daubert改进法和Retzekas法为最佳.