文档介绍：第三届中国 LNG 论坛论文编号:1240109
低温汽液固相平衡实验装置研制
胡敏斐,高婷,沈淘淘,林文胜
(上海交通大学制冷与低温工程研究所上海 200240)
摘要:针对含非常规组分的天然气及其类似混合物基础相平衡数据缺乏的现状,本文设计并搭建了一种可用于测
量低温区汽液相平衡及固液相平衡数据的高精度实验装置。该实验装置主要由恒温系统与测量系统组成,即包括控
温恒温浴,温度测量系统,压力测量系统,电气控制,真空及配气系统等。此外,通过基于 keithley 2700 的高精度
数字万用表作为数据采集系统,实现了对实验台系统的实时数据采集及分析。
关键词:低温; 汽液相平衡; 固液相平衡;实验装置; 天然气
1 前言
在天然气工业中,液化天然气、煤制天然气及其他以甲烷为主要组分的混合物的应用得到了广
泛的关注和较快的发展。而获得天然气及其类似混合物的相平衡及相关物质在混合物中的溶解度等
基础物性数据对其加工、运输、终端接收及工业流程设计均会产生重要影响,如精确测量 CO2 在含
有多种组分的液化天然气中的溶解度,以分析 PLNG 技术在海上平台的应用前景等[1]。另一方面,
对含有非常规的 H2、CO2、N2 等组分的煤制天然气等非常规天然气的基础物性数据尚不充分,理论
[2]
计算方法的精度和可靠性仍不理想,而 H2 等非常规组分会对天然气混合物的物性产生显著影响,
因此,获得含非常规组分天然气混合物的汽液相平衡数据具有十分重要的意义。基于这些需求,本
文设计和搭建了可工作于较低温区的高精度相平衡装置并通过初步测试,该装置运行良好,对于获
得天然气工程应用中关心的气体溶解度及含非常规组分天然气混合物的汽液相平衡数据,从而指导
天然气工业中的流程设计及运输贮存等具有非常重要的意义。
2 实验装置设计与搭建
概述
汽液相平衡(VLE)是指系统中只存在汽液两相,且这两相之间通过边界传质的速率达到动态
平衡的状态[3],针对天然气及其类似混合物,目前常用的计算方法有状态方程法和 Helmholtz 能方程
法等,这些计算方法中涉及的相关系数都需要首先通过汽液相平衡实验获得 VLE 数据来拟合其参
数。VLE 数据包括温度 T、压力 p、汽相组成 yi 和液相组成 xi 。而溶解度的测定,主要涉及固液平
衡(SLE)过程,其主要测定参数包括温度 T、压力 p 和液相组成 xi 。关于溶解度计算的理论计算
一般仍建立在半经验半理论模型的基础上,需要不断获得实验数据来完善计算方法的精确性和预测
性。
汽液相平衡(VLE)的实验测定方法主要有有蒸馏法、静态法、循环法、泡点/露点法、流动法
等[4],而固液相平衡(SLE)的实验测定方法主要有综合光学法,蒸发法和静态分析法[5]等,考虑实
验系统的综合需要,本实验装置采用了静态法测定 VLE 数据和 SLE 数据等。
本实验装置(流程示意图如图 1 所示,实物图如图 2 所示)主要由恒温系统与测量系统两部分
组成,即主要包括控温恒温浴,温度测量系统(在 55~300K 范围内,测量的不确定度小于±20mK),
压力测量系统(测量不确定性为〕,其它电气控制部件及真空与配气系统等。
1 液氮杜瓦,2 恒