微乳化降黏方法制备调合型船用燃料油

周淑飞，王洪国，郭志文，刘 淼

（辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁 抚顺113001）

船用燃料油主要用于水上运输，作为远洋船舶和航行于沿海沿江大型船舶的燃料。2008年以来，即使受金融危机的影响，我国船用油市场也保持持续增长态势，预计2015年船用燃料油的消费量将突破25kt［1］。在“十二五”规划中，政府也正致力于为海洋运输业创造一个持续增长的环境，由此推动我国从海事大国发展成为海事强国。随着石化行业产业结构的调整和原油性质变重，原油加工将会产生更多的渣油，这就迫切需要妥善处理渣油。调合技术是一项很重要的液体燃料调质处理技术，是液－液相的分子通过分子扩散、涡流扩散和主体对流扩散机理的综合作用，使两种液体燃料互相溶解形成均相，改善油品性质及稳定性，并使其黏度、闪点、硫含量等各种性质参数达到燃料油使用和运输要求，以达到充分利用原料、降低成本的目的［2－4］。利用调合技术将减压渣油、重质蜡油及乙烯焦油进行调合，开发高附加值的船用燃料油，不仅能够解决炼油厂渣油过剩的问题［5］，还能缓解船用油的紧张局势。黏度是燃料油最主要的性能指标，是划分燃料油等级的主要依据［6］。选用合适的乳化剂将油溶性降黏剂配成乳状液，将这种乳状液加入到燃料油中。乳状液破乳后油溶性降黏剂与燃料油作用，降低燃料油黏度［7］，同时乳化剂均匀地分散在调配燃料油中可以使不同的油品更好地溶解和分散，因而既可以进一步提高降黏率，又可以防止油品分层，提高油品的稳定性［8］。为了更充分地利用高黏度渣油资源，提高调合燃料油稳定性，达到船用燃料油的标准，本研究采用微乳化方法将减压渣油、重质蜡油及乙烯焦油调合成燃料油，并开发适应性强、造价经济的降黏工艺生产优质船用燃料油。

1 实 验

1.1 实验原料与仪器

减压渣油、重质蜡油、乙烯焦油均取自中国石油辽阳石化分公司；JM型降黏剂［9］，实验室自制；Tween－80，分析纯，沈阳市东兴试剂厂生产；Span－80，化学纯，国药集团化学试剂有限公司生产；丙二醇嵌段聚醚L61，工业品，抚顺亿龙化工有限公司生产；壬基酚醚，工业品，抚顺亿龙化工有限公司生产；十二烷基苯磺酸钠，分析纯，北京化学试剂有限公司生产；抗氧剂264，化学纯，国药集团化学试剂有限公司生产。

BME100L型高剪切混合乳化机，上海威慷机械电子有限公司生产；WK－2D型微库仑综合分析仪，南京科环分析仪器有限公司生产；KD－R3025型燃料油总沉淀物测定器，长沙卡顿海克尔仪器有限公司生产；BF－03A型黏度测定仪，大连北方分析仪器厂生产；SYD－1884型石油产品密度试验器，上海昌吉地质仪器有限公司生产；TP411型闭口闪点测定仪，北京时代新维测控设备有限公司生产。

1.2 原料油的物性分析

减压渣油、重质蜡油及乙烯焦油的主要物性见表1。由表1可见：50℃时减压渣油、重质蜡油、乙烯焦油的运动黏度分别为 12 520，262.46，5.143 0mm2/s，减压渣油的运动黏度比重质蜡油及乙烯焦油的运动黏度高很多；减压渣油的硫质量分数为1.49%、残炭为14.8%、15℃时的密度为986.0kg/m3。根据船用燃料油的调合原则及要求［10］，减压渣油、重质蜡油、乙烯焦油均不含无机酸和使用过的润滑油，馏程均匀，没有生物原料，均可用于调合原料。

表1 原料油的主要物性

1.3 实验方法

1.3.1 残渣型燃料油的调合 将相同来源的减压渣油与乙烯焦油、重质蜡油按照不同的质量比混合搅拌30min，用黏度测定仪测定调合燃料油50℃下的运动黏度。

1.3.2 微乳化降黏效果的考察 选取Tween－80、Span－80、L61、壬基酚醚、十二烷基苯磺酸钠5种乳化剂，分别加入到自制JM型油溶性降黏剂中配成乳状液，将乳状液按一定比例加入到调合燃料油中（以调合燃料油质量计），其中降黏剂加入量为调合燃料油质量的3%，在一定温度下，用高剪切乳化机对燃料油乳化一定时间，再对燃料油进行50℃运动黏度的测定，计算降黏率。

2 结果与讨论

2.1 减压渣油与乙烯焦油、重质蜡油的配比选择

将减压渣油与乙烯焦油、重质蜡油按照不同的比例混合搅拌30min，测定50℃运动黏度，结果见表2。从表2可以看出，当m（减压渣油）∶m（重质蜡油）∶m（乙烯焦油）为5∶2∶3时，调合油50℃时的运动黏度为364.3mm2/s，达到RMG380船用燃料油对黏度的要求；当三者比例为3∶4∶3时，调合油50℃时的运动黏度为178.9mm2/s，达到RME180船用燃料油对黏度的要求；当三者比例为5∶3∶2时，调合油50℃时的运动黏度为520.5mm2/s，该油品不能满足RMG380船用燃料油对黏度的要求（不大于380 mm2/s）。为了更充分利用高黏度渣油资源，可对该油品进行降黏来满足RMG380船用燃料油要求。以下实验以m（减压渣油）∶m（重质蜡油）∶m（乙烯焦油）为5∶3∶2的调合燃料油进行微乳化降黏考察。

表2 原料油质量比对调合油黏度的影响

2.2 乳化剂对调合燃料油降黏率的影响

选取L61、Span－80、壬基酚醚乳化剂，分别加入到JM型油溶性降黏剂中配成乳状液，将不同量的乳状液（以调合燃料油质量计）加入到m（减压渣油）∶m（重质蜡油）∶m（乙烯焦油）为5∶3∶2的调合燃料油中，降黏剂加量为调合燃料油质量的3%，微乳化温度为50℃，剪切速率为2 000 r/min，微乳化时间为20min，乳化剂的复配添加量对燃料油降黏率的影响见图1。由图1可见，0.20%的L61与JM型降黏剂复配加入到调合燃料油中降黏率达35.81%，降黏效果最好，测得该调合燃料油的运动黏度（50℃）为334.1mm2/s。L61含有醚基、羟基和长碳链，具有良好的油溶性，同时其极性基团与沥青质、胶质作用［11］，更好地保持沥青质、胶质聚集体的分散性，使得降黏剂更好地起到降黏作用。

图1 乳化剂复配量对降黏率的影响

2.3 剪切速率对调合燃料油降黏率的影响

在一定的剪切速率下，乳化剂和燃料油的充分混合有助于油品的乳化，也可以有效地将降黏剂分子溶解在油品中。选取L61乳化剂添加到JM型降黏剂中配成乳状液，将乳状液添加到m（减压渣油）∶m（重质蜡油）∶m（乙烯焦油）为5∶3∶2的调合燃料油中，其中L61的添加量为调合燃料油质量的0.20%，JM型降黏剂加入量为调合燃料油质量的3%，在微乳化温度为50℃、微乳化时间为20min的条件下，剪切速率对燃料油降黏率的影响见图2。由图2可见：当剪切速率为500r/min时，降黏率仅为31.25%，降黏效果不明显；随着剪切速率的增加，降黏率进一步提高，当剪切速率为2 000r/min时，降黏率为35.81%；继续增大剪切速率，降黏率基本不变。适当的剪切速率对蜡晶联结后形成的三维结构具有破坏作用，同时在剪切作用下还可使油品中的胶质、沥青质等大分子链断裂，有利于分子之间的滑动，从而降低油品的黏度［12－17］。但剪切速率继续增加对油品的黏度影响不大，降黏效果也基本稳定。

图2 剪切速率对降黏率的影响

2.4 微乳化时间对调合燃料油降黏率的影响

选取L61乳化剂添加到JM降黏剂中配成乳状液，将乳状液添加到m（减压渣油）∶m（重质蜡油）∶m（乙烯焦油）为5∶3∶2的调合燃料油中，其中L61的添加量为调合燃料油质量的0.20%，JM型降黏剂加入量为调合燃料油质量的3%，在微乳化温度为50℃、剪切速率为2 000r/min的条件下，乳化时间对燃料油降黏率的影响见图3。从图3可以看出：随着微乳化时间的延长，降黏率逐渐提高，当微乳化时间为20min时，降黏率达到35.81%；继续增加微乳化时间，对降黏率的影响不大。最佳的微乳化时间为20min。

图3 微乳化时间对燃料油降黏率的影响

2.5 抗氧剂对燃料油时效性考察

为了降低复配降黏剂对调配燃料油黏度的波动，需加入抗氧剂264，其主要成分为2，6－二叔丁基对甲酚，添加量分别为15，30，45，60μg/g。加入不同剂量抗氧剂的船用燃料油储存时间随运动黏度的变化见图4。由图4可见：通过添加不同剂量的抗氧剂264可以有效地控制燃料油黏率的波动，当抗氧剂264的添加量为45μg/g时对降黏后燃料油黏度的波动有较好的抑制作用；在90天的跟踪考察下［10］，运动黏度（50℃）为348.9mm2/s，观察发现油品不分层。

图4 加入不同剂量抗氧剂的船用燃料油储存时间随运动黏度的变化

2.6 调合燃料油的性质分析

对微乳化降黏后调合燃料油的主要性质进行分析，结果见表3。由表3可见，调合燃料油的闪点、硫含量、总沉淀物含量、水分及密度均符合RMG380船用燃料油的相应要求。

表3 调合燃料油的性质

2.7 成本核算

根据实验室自制JM型降黏剂的原料，计算出JM型降黏剂成本为7.6元/kg，每吨调合油所需降黏剂228元；乳化剂L61的单价为20元/kg，每吨调合油所需乳化剂L61的成本为40元；抗氧剂264的单价为80元/kg，每吨调合油所需抗氧剂264的成本为3.6元。微乳化降黏方法每吨调合油所需成本为271.6元。国内某品牌油溶性降黏剂的单价为11.5元/kg，假设降黏剂添加量（w）均为3%，则利用普通油溶性降黏剂加剂方法，每吨调合油所需成本为345元。因此，微乳化降黏方法的成本比普通油溶性降黏方法降低21.28%。

3 结 论

（1）渣油与重质蜡油、乙烯焦油按照质量比5∶2∶3调合时，调合燃料油50℃时的运动黏度为364.3mm2/s，当三者比例为3∶4∶3时运动黏度为178.9mm2/s，分别达到 RMG380、RME180船用燃料油黏度指标要求。

（2）微乳化降黏方法能够有效地起到降黏及稳定作用。选用L61表面活性剂添加到自制JM型降黏剂中，加入量（w）为0.20%，在高剪切乳化机中进行微乳化剪切，剪切速率为2 000r/min、微乳化时间为20min时，使渣油与重质蜡油、乙烯焦油质量比为5∶3∶2的调合燃料油运动黏度（50℃）由520.5mm2/s降到334.1mm2/s，降黏率达到35.81%；并且在90天的跟踪考察下，油品不分层，稳定性较好，符合调合型船用燃料油的调合原则；同时其闪点、硫含量、总沉淀物含量、水分及密度均能达到RMG380船用燃料油的相应要求。

（3）微乳化降黏方法的成本比普通油溶性降黏方法降低21.28%。

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