高温高压下油煤浆的黏度数据对煤浆预热器和反应器的设计非常重要[1-4],要在模拟液化反应条件测量高压升温条件下油煤浆的黏度,需要加热和充入高氢分压,以保证煤加氢反应的进行和防止结焦,通过搅拌克服传质阻力防止煤浆沉积,还要留有足够的贮氢空间来保证供氢量,因此用一般的黏度测量装置无法实现煤加氢液化过程的黏度测量。北京煤化工研究分院液化所研制了一台可在模拟煤液化条件下测量油煤浆扭矩变化的实验装置。针对该黏度测量装置,本文开发了两种相应黏度算法—功率准数法和剪应力分解法,可将实验装置测得的扭矩值换算成黏度值。研究了油煤浆在液化加热过程中黏度随温度变化的关系。本文还对油煤浆的溶胀动力学进行了研究,得到了煤浆在常温常压下溶胀动力学方程和活化能。功率准数法测量流体的黏度的方法是,根据因次分析方法得到功率准数Po的表达式再通过功率曲线找出功率准数与黏度的关系,从而得出被测流体的黏度。此方法适宜在Re<300范围内使用。具体做法是,用已知黏度和密度的甘油为标准物质对该装置进行标定,做出牛顿流体的功率曲线。通过测定油煤浆在一定转速下的扭矩M,计算出相应的功率准数Po,再从功率曲线上找出对应的雷诺数Re,根据雷诺数与物料黏度的关系即可计算出所测物料的黏度。本文利用此方法测定了内蒙古胜利褐煤油煤浆在加热过程中的黏度变化,获得了油煤浆黏度-温度曲线。220℃之前的黏度-温度曲线回归表明,黏度-温度曲线满足Vogel方程为: 6.89 ( 783.61)η=×EXP T+ 136.5,说明此温度范围内尚未发生明显的液化反应。并研究了升温速率对油煤浆黏度随温度变化的影响。在较低升温速率下(2℃/min),在油煤浆的黏度-温度曲线上,在225℃出现了黏度峰(115cp);在较高升温速率下(>2℃/min),黏度-温度曲线上未出现黏度峰。功率准数法对于雷诺数Re<300范围热煤浆的黏度测量取得很好的效果。本文还开发了针对黏度较小的煤液化反应物料在线黏度的测定和计算方法,称之为剪应力分解法。用剪应力分解法测定和计算物料黏度的理论依据是牛顿黏性定律和普兰德动量传递理论,并假设物料在流动过程中受到剪应力是由层流剪应力和湍流剪应力两部分组成,总的剪应力等于层流剪应力和湍流剪应力乘以各自的分率之和。可写出如下表达式:即用四氢萘、辛醇、柴油、氯化锌水溶液、蒸馏水、甘油等标准物质对实验装置进行标定。测定流体在不同转速n下扭矩M,将n与M进行二次多项式回归,得到一次项的系数k2,将标定用流体的黏度与各自的k2回归,发现呈很好的一次线性关系: k 2 = 2.3914×10 5μ+ 3.7317×103对于未知黏度的流体,只需测定不同转速下的扭矩M,回归出k2,再根据k2与黏度的关系式计算出所求黏度。本文用此方法测量了神华煤液化高分油在高温高压下的黏度数据。本文还研究了20-80℃范围内胜利煤粉在循环溶剂中的溶胀动力学行为。温度对溶胀度的影响不大,平衡溶胀度约为1.9。胜利褐煤在循环溶剂中随着温度升高,溶胀推导出二级动力学方程ddqt = k ( Vl 0 VVs 0q)(Q s q),能很好的描述煤粒的溶胀行为,其活化能为1.59 kJ/mol。Suuberg法由文献查得,其方程为m/m∞=(Q-1)(/Q∞-1)=ktn ,活化能为1.36 kJ/mol。从动力学方程的推导和实验结果看,第一种方法的效果优于第二种。