摘 要

21世纪以来，全球性的温室效应已经严重影响到了人类的生存与发展。温室效应主要是由于大气中温室气体的大量排放形成。温室气体中主要成分是CO₂，因此如何降低空气中CO₂的含量成了全世界科学家的主要任务。碳捕集与封存技术（CCS）能有效降低大气中CO₂的含量，逐渐成为世界上主流的CO₂减排技术。CO₂的基础性相平衡数据对于CO₂的研究显得格外的重要。本文通过自行研制的一款循环式高温高压装置，测定了CO₂与乙酸异丁酯的相平衡数据，与前人文献值对比结果很接近。实验测定了正十三烷，正十四烷，正十五烷，正十六烷在温度为353.15K下的相平衡的数据，通过对比选定了四次型方程模型与vdw混合规则你和计算出了二元交互作用参数，气相摩尔分数和平衡压力，对比实验值，平衡压力相对偏差最多只有4.90%，气相摩尔分数偏差只有0.17%，结果表明实验装置可靠性强，状态方程模型可以预测高压下二元体系的相平衡。

关键词：CO₂ 超临界 相平衡 状态方程

Study on Binary Phase Equilibrium of CO₂-Alkanes Under High Pressure

ABSTRACT

Since the 21st century, the global greenhouse effect has seriously affected human survival and development. The greenhouse effect is mainly due to the massive emission of greenhouse gases in the atmosphere. The main component of greenhouse gases is CO₂, so how to reduce the CO₂ content in the air has become a major task for scientists around the world. Carbon capture and storage technology (CCS) can effectively reduce the content of CO₂ in the atmosphere and gradually become the world's mainstream CO₂ emission reduction technology. The basic phase equilibrium data of CO₂ is particularly important for the study of CO₂. In this paper, the phase equilibrium data of CO₂ and isobutyl acetate were determined by a self-developed circulating high temperature and high pressure device, which is close to the previous literature. The phase equilibrium data for n-tridecane, n-tetradecane, n-pentadecane, and n-hexadecane at 353.15K were determined experimentally, and the quaternary equation model and the vdw mixing rule were selected by comparison between you and The binary interaction parameters, gas phase mole fraction and equilibrium pressure, and the comparison experimental values, the relative deviation of the equilibrium pressure is only 4.90% at most, and the gas phase molarity deviation is only 0.17%. The results show that the experimental device is of high reliability and the state equation model can be predicted. The phase equilibrium of the binary system under high pressure.

Keywords: CO₂ Supercritical Phase equilibrium Equation of state

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 引言 1

1.1 相平衡简介 1

1.1.1相律 1

1.1.2 二元体系高压相图 2

1.1.3相平衡的计算方法 3

1.2状态方程 4

1.2.1 范德华方程 4

1.2.2 RK方程 5

1.2.3 PR方程 6

1.2.4 PT方程 6

1.2.5 CCOR方程 7

1.2.6 四次型状态方程 8

1.3本论文的主要目的与工作内容 9

第二章 CO₂-烷烃高压相平衡的测定 10

2.1 实验试剂、原料及仪器 10

2.1.1 实验试剂及原料 10

2.1.2 实验仪器 10

2.2 实验步骤 11

2.3 不确定度分析 12

2.4 装置可靠性分析 12

2.5 气液平衡数据的测定 14

2.6 小结 15

第三章 含CO₂的二元体系高压相平衡的计算 18

3.1 计算模型与混合规则的选择 18

3.2 计算原理 19

3.3 计算步骤 20

3.4 结果与分析 21

第四章 实验结论 25

参考文献 26

致谢 29

引言

大气中温室气体的排放量不断增加，温室效应对人类社会造成的影响越来越大^[1]。在这些温室气体中，CO₂占了60%^[2，3]。人类急需找到一种方法减少空气中的CO₂含量来缓解温室效应。CCS技术作为如今世界上主流技术^[4,5]，对减少CO₂排放起了非常关键的作用。

CO₂临界压力和临界温度要求不高（Tc=31.1℃;Pc=7.376MPa），并且无毒无害。当它到达超临界状态以后，它的黏度降低，扩散系数提高，传热系数也会有较大幅度的增加，最突出的特点是它的溶解能力惊人，对于传统方法无法提取的物质它能够有效的提取并且容易分离,因此，CO₂驱油技术逐渐成为世界上石油企业比较青睐的方法^[6]。这不仅仅为减少CO₂的排放提供了新的思路，同时也为提高石油的开采率提供了新的方法。这两种方法都需要详细的不同温度不同压力下的CO2相平衡数据，因此，对CO₂的相平衡的基础数据的测定则显得尤为的重要。

1.1 相平衡简介

在一个系统中，如果有一个部分物理化学性质相近称之为一个相。各个相之间存在有明显的分界线。大自然中主要存在有气相，液相和固相三个相。当这些相保持物理平衡共存的时候就达到了相平衡。物质的分类主要由它的温度，压力，密度等决定一个系统中所需要的最少的物种数目为组分数。系统在保持相数不变的情况下可以自在一定的范围内独立变化而不引起系统中相数改变的变量数称为自由度。

1.1.1相律

在相平衡状态下，无论是多组分多相平衡系统还是单组分多相系统，系统之间各个变量 之间存在的一种相互依赖的关系叫做相律。它可以对系统的平衡做出定性的描述，但是不给出它的具体的数值。相率的主要目的是描述相平衡体系