煤炭間接液化產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， 內蒙古 00300；2.中科合成油內蒙古有限公司， 內蒙古 00300）

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煤炭間接液化產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， 內蒙古 010300；
2.中科合成油內蒙古有限公司， 內蒙古 010300）

摘要：鑒于煤炭間接液化產品輕柴油的十六烷值通常高于75，而目前的測試標準不能夠準確的給出上述產品十六烷值的具體數值，本文針對該產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準燃料U-18按照不同體積比率配置一系列的混合油品，在標準操作條件下采用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準燃料進行比較，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，說明此方法測定結果準確度和精密度很高，完全適用于煤炭間接液化產品輕柴油高十六烷值的測定。

關鍵詞：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［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，開發煤制油技術，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略意義。根據國家發改委規劃，到2025年國內煤制油規模將達到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］，是優質的柴油調兌產品。十六烷值高，說明該燃料在柴油機中發火性能好，滯燃期短，燃燒均勻且完全，發動機工作平穩。美國試驗與材料協會標準ASTM D613-10a《柴油十六烷值測定法》中規定標準發動機轉速為900±9r/min，適合測量十六烷值在30～60范圍內的柴油，另外CFR F-5柴油十六烷值機匹配的T-25高副標準燃料十六烷值為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字，結果只能寫大于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準燃料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準操作條件下測試，得出混合試樣十六烷值的測定值。此方法測定結果準確度很高，適用于煤炭間接液化產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

（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公司生產。

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公司生產。

T-25副標準燃料：十六烷值為74.7，由美國雪佛龍菲利浦化學公司生產。

U-18副標準燃料：十六烷值為20.7，由美國雪佛龍菲利浦化學公司生產。

煤炭間接液化高十六烷值輕柴油：由內蒙古伊泰煤制油有限責任公司生產。

T-25副標準燃料與U-18副標準燃料調配時，對任何體積的混合物均可由下式求得：

副標準燃料十六烷值=74.7×T-25的體積分數+20.7×U-18的體積分數

1.2 儀器啟動前準備工作

（1）合上總電源開關，將雙數字十六烷值表的開關打到ON的位置。

（2）將機油溫控開關旋至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，調節制冷機氣門間隙，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。檢查夾套水液面應在2cm的高度，如低于則補充蒸餾水。

（5）轉動汽化器選擇閥，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，手輪讀數打到2左右。

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

1.3 儀器的啟動及預熱

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

1.4 操作條件

十六烷值機經過預熱，使得油壓保持在172 kPa～207 kPa下不變，曲軸箱真空度為負值，氣缸冷卻套液面應升到“LEVEL-HOT”以上（溫度為100±2 ℃），曲軸箱潤滑油溫度穩定在57±8 ℃，進氣溫度為66±0.5℃，噴油槍冷卻溫度為38±3 ℃，電機轉速為900±9r/min。將雙數字十六烷值表的校正/操作轉換開關打到校正位置，觀察雙數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，分別調對應的電位器使顯示為13度，將校正/操作轉換開關打到操作位置。

1.5 樣品測試

根據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，調整流速測微計，直到滿足條件為止。調整大手輪使點火滯后角為20度以上，然后調整噴射提前角測微計和大手輪使雙數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，重復三次，三次手輪讀數必須有一個峰值，將三次的手輪讀數算出平均值。

（2）根據被測樣品的手輪讀數，選取第一個參比副標準燃料。用第一個參比副標準燃料清洗2號杯三次，放入參比燃料，具體方法同上，讀取手輪讀數，算出三次平均值。

（3）選取第二個參比副標準燃料，用第二個參比副標準燃料清洗3號杯三次，放入參比燃料，具體方法同上，讀取手輪讀數，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為低著火性質副標準燃料的十六烷值；CN2為高著火性質副標準燃料的十六烷值；CN3為輕柴油的十六烷值；a為試樣三次測定手輪讀數的算術平均值；a1為低十六烷值副標準燃料三次測定手輪讀數的算術平均值；a2為高十六烷值副標準燃料三次測定手輪讀數的算術平均值；X為輕柴油占混合液的體積百分數。

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

2 結果與討論

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準燃料U-18混合，通過調整輕柴油所占的體積比來研究十六烷值的變化規律。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系很好。從擬合函數可知，當X=0時，Y=20.9，也就是說從擬合函數計算出來的U-18副標準燃料的十六烷值是20.9，真實值是20.7，絕對誤差是0.2，遠遠小于GB/T386重復性的要求，說明混合樣十六烷值的測試結果準確度很高。

表2 測試結果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系圖Fig.1 Cetane number of mixed samples and the light diesel accounted mixture volume percentage relation graph

2.2 準確度和精密度分析

根據公式（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會標準ASTM D613-10a《柴油十六烷值測定法》，根據標準中對偏差的規定，此數值無偏差。從擬合函數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重復性的要求，說明煤炭間接液化產品輕柴油高十六烷值的測試結果精密度很高。

3 結語

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

［2］Dennis J， John D， Andrea N. Thermally Stable Blends of Fischer Tropsch and LCO Diesel Fuel Components［J］. Energy & Fuels，2004， 18： 682-684.

［3］Delanie L， Luis P， Kaveer H. Performance Synergies between Low-Temperature and High-Temperature Fischer-Tropsch Diesel Blends［J］.Energy & Fuels，2007，21 ：2846 -2852.

［4］董立華，郝栩，曹立仁，等.費托合成油品體系相關二元物系氣液平衡預測方法的評價［J］.化工學報，2009，60（6）：1367-1372.

［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］.