煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測試方法

李國強施金祥杜寶良燕來（.鄂爾多斯大路煤化工研究所， 內(nèi)蒙古 00300；2.中科合成油內(nèi)蒙古有限公司， 內(nèi)蒙古 00300）

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煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測試方法

李國強1，2施金祥1，2杜寶良1燕來1，2（1.鄂爾多斯大路煤化工研究所， 內(nèi)蒙古 010300；
2.中科合成油內(nèi)蒙古有限公司， 內(nèi)蒙古 010300）

摘要：鑒于煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油的十六烷值通常高于75，而目前的測試標(biāo)準(zhǔn)不能夠準(zhǔn)確的給出上述產(chǎn)品十六烷值的具體數(shù)值，本文針對該產(chǎn)品提出了一種新型的十六烷值測試方法。將高十六烷值輕柴油與低副標(biāo)準(zhǔn)燃料U-18按照不同體積比率配置一系列的混合油品，在標(biāo)準(zhǔn)操作條件下采用CFR F-5柴油十六烷值機分別進行測試，然后將混合試樣與標(biāo)準(zhǔn)燃料進行比較，得出混合試樣十六烷值的測定值，并計算出輕柴油的十六烷值。研究結(jié)果顯示，所測輕柴油十六烷值的絕對誤差是0.2，絕對偏差≦0.7，說明此方法測定結(jié)果準(zhǔn)確度和精密度很高，完全適用于煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測定。

關(guān)鍵詞：高十六烷值；柴油；煤炭間接液化

0 引言

十六烷值是柴油在柴油機中燃燒時著火性能的指標(biāo)［1］。近年來，中國原油對外依存度越來越高，合理利用中國豐富的煤炭資源，開發(fā)煤制油技術(shù)，作為石油資源的補充，對于保障中國的能源安全和化工原料來源具有十分重要的戰(zhàn)略意義。根據(jù)國家發(fā)改委規(guī)劃，到2025年國內(nèi)煤制油規(guī)模將達到5000萬噸/年，其中3000萬噸/年采用間接液化工藝。煤炭間接液化制得的輕柴油十六烷值一般高于75［2-4］，是優(yōu)質(zhì)的柴油調(diào)兌產(chǎn)品。十六烷值高，說明該燃料在柴油機中發(fā)火性能好，滯燃期短，燃燒均勻且完全，發(fā)動機工作平穩(wěn)。美國試驗與材料協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM D613-10a《柴油十六烷值測定法》中規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速為900±9r/min，適合測量十六烷值在30～60范圍內(nèi)的柴油，另外CFR F-5柴油十六烷值機匹配的T-25高副標(biāo)準(zhǔn)燃料十六烷值為74.7，低于煤炭間接液化輕柴油的十六烷值，這就使得測量煤炭間接液化輕柴油的十六烷值出不了具體數(shù)字，結(jié)果只能寫大于74.7。

為了解決這個問題，本實驗中將煤炭間接液化高十六烷值輕柴油與低副標(biāo)準(zhǔn)燃料U-18按照不同體積比混合，使混合樣的十六烷值處于合適的范圍。采用CFR F-5柴油十六烷值機在標(biāo)準(zhǔn)操作條件下測試，得出混合試樣十六烷值的測定值。此方法測定結(jié)果準(zhǔn)確度很高，適用于煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測定。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

（1） 測試儀器

CFR F-5柴油十六烷值機 由美國瓦克薩公司生產(chǎn)

（2）測試試劑

低十六烷值檢驗燃料：十六烷值為43.37，由美國雪佛龍菲利浦化學(xué)公司生產(chǎn)。

高十六烷值檢驗燃料：十六烷值為52.45，由美國雪佛龍菲利浦化學(xué)公司生產(chǎn)。

T-25副標(biāo)準(zhǔn)燃料：十六烷值為74.7，由美國雪佛龍菲利浦化學(xué)公司生產(chǎn)。

U-18副標(biāo)準(zhǔn)燃料：十六烷值為20.7，由美國雪佛龍菲利浦化學(xué)公司生產(chǎn)。

煤炭間接液化高十六烷值輕柴油：由內(nèi)蒙古伊泰煤制油有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

T-25副標(biāo)準(zhǔn)燃料與U-18副標(biāo)準(zhǔn)燃料調(diào)配時，對任何體積的混合物均可由下式求得：

副標(biāo)準(zhǔn)燃料十六烷值=74.7×T-25的體積分數(shù)+20.7×U-18的體積分數(shù)

1.2 儀器啟動前準(zhǔn)備工作

（1）合上總電源開關(guān)，將雙數(shù)字十六烷值表的開關(guān)打到ON的位置。

（2）將機油溫控開關(guān)旋至7擋，一般可滿足機油溫度的要求。

（3）用曲扳手人工順時針盤車4～5圈，以確定機器組裝無問題。讓飛輪停在壓縮沖程的死點上，調(diào)節(jié)制冷機氣門間隙，進氣門為0.075 mm，排氣門為0.330 mm，這樣的間隙在熱機時，可提供所需的0.20 mm間隙，往四個加油點上滴加適量潤滑油。

（4）檢查曲軸箱機油液面，應(yīng)在玻璃視鏡的三分之二處，不足時要補加同牌號或高于原牌號級別的機油，檢查噴油泵機油液面，應(yīng)在兩條白線中間位置，不足時補加同牌號或者高于原牌號級別的機油。檢查夾套水液面應(yīng)在2cm的高度，如低于則補充蒸餾水。

（5）轉(zhuǎn)動汽化器選擇閥，如擰不動，用螺絲刀輕輕敲擊選擇閥一下，使選擇閥轉(zhuǎn)動自如，不能用力硬擰閥。將選擇閥的指針放在3的位置。將預(yù)熱燃料（高十六烷值的柴油）倒入第三個杯中，并排除連接管及燃料杯中的氣泡（必須兩個閥門同時放氣）。

（6）噴油槍進油閥放在斷油位置，手輪讀數(shù)打到2左右。

（7）檢查儀表盤上所有開關(guān)均要處在關(guān)閉狀態(tài)（除雙十六烷值表以外），檢查機器運轉(zhuǎn)部件上應(yīng)無廢布、電線等雜物。

1.3 儀器的啟動及預(yù)熱

當(dāng)潤滑油溫度升到57±8 ℃時開始啟動儀器。順時針轉(zhuǎn)動機器啟動開關(guān)啟動機器，檢查飛輪旋轉(zhuǎn)方向，從正面看應(yīng)為順時針旋轉(zhuǎn)，直至燈滅以后松手，開啟右面的空氣加熱器開關(guān)，把噴油槍的進油閥放在給油位置，快速轉(zhuǎn)動大手輪（向手輪讀數(shù)小的方向）將柴油壓燃，打開冷卻水開關(guān)，觀察有無冷卻水流出，最后打開溫空器開關(guān)，儀器開始預(yù)熱。

1.4 操作條件

十六烷值機經(jīng)過預(yù)熱，使得油壓保持在172 kPa～207 kPa下不變，曲軸箱真空度為負值，氣缸冷卻套液面應(yīng)升到“LEVEL-HOT”以上（溫度為100±2 ℃），曲軸箱潤滑油溫度穩(wěn)定在57±8 ℃，進氣溫度為66±0.5℃，噴油槍冷卻溫度為38±3 ℃，電機轉(zhuǎn)速為900±9r/min。將雙數(shù)字十六烷值表的校正/操作轉(zhuǎn)換開關(guān)打到校正位置，觀察雙數(shù)字十六烷值表的噴射提前角和點火滯后角是否為13度，不是的話，分別調(diào)對應(yīng)的電位器使顯示為13度，將校正/操作轉(zhuǎn)換開關(guān)打到操作位置。

1.5 樣品測試

根據(jù)被測樣品選擇兩個參比燃料，被測樣品的十六烷值要在兩個參比燃料之間，兩個參比燃料的十六烷值之差不大于5.5個單位，機器達到操作條件后，開始測樣。

（1）用被測樣品（見表1）清洗1號杯三次，放入被測樣品，排氣，測量流速（13 mL/min±0.2 mL/min），如果流速不合適，調(diào)整流速測微計，直到滿足條件為止。調(diào)整大手輪使點火滯后角為20度以上，然后調(diào)整噴射提前角測微計和大手輪使雙數(shù)字十六烷值表上的噴射提前角和點火滯后角均為13度，讀手輪讀數(shù)，重復(fù)三次，三次手輪讀數(shù)必須有一個峰值，將三次的手輪讀數(shù)算出平均值。

（2）根據(jù)被測樣品的手輪讀數(shù)，選取第一個參比副標(biāo)準(zhǔn)燃料。用第一個參比副標(biāo)準(zhǔn)燃料清洗2號杯三次，放入?yún)⒈热剂?，具體方法同上，讀取手輪讀數(shù)，算出三次平均值。

（3）選取第二個參比副標(biāo)準(zhǔn)燃料，用第二個參比副標(biāo)準(zhǔn)燃料清洗3號杯三次，放入?yún)⒈热剂?，具體方法同上，讀取手輪讀數(shù)，算出三次平均值。

（4）試樣的十六烷值按式（1）計算［5-6］：

式中：CN為試樣的十六烷值；CN1為低著火性質(zhì)副標(biāo)準(zhǔn)燃料的十六烷值；CN2為高著火性質(zhì)副標(biāo)準(zhǔn)燃料的十六烷值；CN3為輕柴油的十六烷值；a為試樣三次測定手輪讀數(shù)的算術(shù)平均值；a1為低十六烷值副標(biāo)準(zhǔn)燃料三次測定手輪讀數(shù)的算術(shù)平均值；a2為高十六烷值副標(biāo)準(zhǔn)燃料三次測定手輪讀數(shù)的算術(shù)平均值；X為輕柴油占混合液的體積百分數(shù)。

表 1 試樣的配制方案Table 1 The sample preparation scheme

2 結(jié)果與討論

2.1 混合樣十六烷值與輕柴油所占體積百分比的關(guān)系

本實驗通過將煤炭間接液化高十六烷值輕柴油與低副標(biāo)準(zhǔn)燃料U-18混合，通過調(diào)整輕柴油所占的體積比來研究十六烷值的變化規(guī)律。從表2可知，混合樣的十六烷值隨著輕柴油體積含量的增加而增加。通過線性擬合，如圖1，得出擬合函數(shù)Y=55.571X+20.9，擬合度R2=0.9994，說明混合樣的十六烷值和輕柴油所占的體積百分比線性關(guān)系很好。從擬合函數(shù)可知，當(dāng)X=0時，Y=20.9，也就是說從擬合函數(shù)計算出來的U-18副標(biāo)準(zhǔn)燃料的十六烷值是20.9，真實值是20.7，絕對誤差是0.2，遠遠小于GB/T386重復(fù)性的要求，說明混合樣十六烷值的測試結(jié)果準(zhǔn)確度很高。

表2 測試結(jié)果Table2 The test results

圖1 混合樣十六烷值與輕柴油占混合液的體積百分比關(guān)系圖Fig.1 Cetane number of mixed samples and the light diesel accounted mixture volume percentage relation graph

2.2 準(zhǔn)確度和精密度分析

根據(jù)公式（2），計算出了煤炭間接液化高十六烷值輕柴油的十六烷值，如表2， 輕柴油十六烷值的平均值是76.7，因為使用的是CFR F-5柴油十六烷值機和美國試驗與材料協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM D613-10a《柴油十六烷值測定法》，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中對偏差的規(guī)定，此數(shù)值無偏差。從擬合函數(shù)計算出來的輕柴油的十六烷值是76.5，絕對誤差是0.2，說明計算出的輕柴油十六烷值準(zhǔn)確度很高。另外從表2可知輕柴油十六烷值的絕對偏差≦0.7，遠遠小于GB/T386重復(fù)性的要求，說明煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測試結(jié)果精密度很高。

3 結(jié)語

本方法將煤炭間接液化高十六烷值輕柴油與低副標(biāo)準(zhǔn)燃料U-18按照不同體積比混合，得到了煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測試方法。研究結(jié)果表明，混合樣的十六烷值隨著輕柴油體積含量的增加而增加，而且成線性關(guān)系。此方法測定的輕柴油十六烷值準(zhǔn)確度和精密度都很高，適用于煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測定。

參考文獻：

［1］梁斌，王一琳，何濤.石化柴油十六烷值測定［J］.化工中間體，2015，5：80.

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［5］GB/T 386-2010， 柴油十六烷值測定法［S］.

［6］ASTM D613-10a， 柴油十六烷值測定法［S］.