煤炭间接液化产品轻柴油高十六烷值的测试方法

李国强施金祥杜宝良燕来（.鄂尔多斯大路煤化工研究所， 内蒙古 00300；2.中科合成油内蒙古有限公司， 内蒙古 00300）



煤炭间接液化产品轻柴油高十六烷值的测试方法

李国强1，2施金祥1，2杜宝良1燕来1，2（1.鄂尔多斯大路煤化工研究所， 内蒙古 010300；
2.中科合成油内蒙古有限公司， 内蒙古 010300）

摘要：鉴于煤炭间接液化产品轻柴油的十六烷值通常高于75，而目前的测试标准不能够准确的给出上述产品十六烷值的具体数值，本文针对该产品提出了一种新型的十六烷值测试方法。将高十六烷值轻柴油与低副标准燃料U-18按照不同体积比率配置一系列的混合油品，在标准操作条件下采用CFR F-5柴油十六烷值机分别进行测试，然后将混合试样与标准燃料进行比较，得出混合试样十六烷值的测定值，并计算出轻柴油的十六烷值。研究结果显示，所测轻柴油十六烷值的绝对误差是0.2，绝对偏差≦0.7，说明此方法测定结果准确度和精密度很高，完全适用于煤炭间接液化产品轻柴油高十六烷值的测定。

关键词：高十六烷值；柴油；煤炭间接液化

0 引言

十六烷值是柴油在柴油机中燃烧时着火性能的指标［1］。近年来，中国原油对外依存度越来越高，合理利用中国丰富的煤炭资源，开发煤制油技术，作为石油资源的补充，对于保障中国的能源安全和化工原料来源具有十分重要的战略意义。根据国家发改委规划，到2025年国内煤制油规模将达到5000万吨/年，其中3000万吨/年采用间接液化工艺。煤炭间接液化制得的轻柴油十六烷值一般高于75［2-4］，是优质的柴油调兑产品。十六烷值高，说明该燃料在柴油机中发火性能好，滞燃期短，燃烧均匀且完全，发动机工作平稳。美国试验与材料协会标准ASTM D613-10a《柴油十六烷值测定法》中规定标准发动机转速为900±9r/min，适合测量十六烷值在30～60范围内的柴油，另外CFR F-5柴油十六烷值机匹配的T-25高副标准燃料十六烷值为74.7，低于煤炭间接液化轻柴油的十六烷值，这就使得测量煤炭间接液化轻柴油的十六烷值出不了具体数字，结果只能写大于74.7。

为了解决这个问题，本实验中将煤炭间接液化高十六烷值轻柴油与低副标准燃料U-18按照不同体积比混合，使混合样的十六烷值处于合适的范围。采用CFR F-5柴油十六烷值机在标准操作条件下测试，得出混合试样十六烷值的测定值。此方法测定结果准确度很高，适用于煤炭间接液化产品轻柴油高十六烷值的测定。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

（1） 测试仪器

CFR F-5柴油十六烷值机 由美国瓦克萨公司生产

（2）测试试剂

低十六烷值检验燃料：十六烷值为43.37，由美国雪佛龙菲利浦化学公司生产。

高十六烷值检验燃料：十六烷值为52.45，由美国雪佛龙菲利浦化学公司生产。

T-25副标准燃料：十六烷值为74.7，由美国雪佛龙菲利浦化学公司生产。

U-18副标准燃料：十六烷值为20.7，由美国雪佛龙菲利浦化学公司生产。

煤炭间接液化高十六烷值轻柴油：由内蒙古伊泰煤制油有限责任公司生产。

T-25副标准燃料与U-18副标准燃料调配时，对任何体积的混合物均可由下式求得：

副标准燃料十六烷值=74.7×T-25的体积分数+20.7×U-18的体积分数

1.2 仪器启动前准备工作

（1）合上总电源开关，将双数字十六烷值表的开关打到ON的位置。

（2）将机油温控开关旋至7挡，一般可满足机油温度的要求。

（3）用曲扳手人工顺时针盘车4～5圈，以确定机器组装无问题。让飞轮停在压缩冲程的死点上，调节制冷机气门间隙，进气门为0.075 mm，排气门为0.330 mm，这样的间隙在热机时，可提供所需的0.20 mm间隙，往四个加油点上滴加适量润滑油。

（4）检查曲轴箱机油液面，应在玻璃视镜的三分之二处，不足时要补加同牌号或高于原牌号级别的机油，检查喷油泵机油液面，应在两条白线中间位置，不足时补加同牌号或者高于原牌号级别的机油。检查夹套水液面应在2cm的高度，如低于则补充蒸馏水。

（5）转动汽化器选择阀，如拧不动，用螺丝刀轻轻敲击选择阀一下，使选择阀转动自如，不能用力硬拧阀。将选择阀的指针放在3的位置。将预热燃料（高十六烷值的柴油）倒入第三个杯中，并排除连接管及燃料杯中的气泡（必须两个阀门同时放气）。

（6）喷油枪进油阀放在断油位置，手轮读数打到2左右。

（7）检查仪表盘上所有开关均要处在关闭状态（除双十六烷值表以外），检查机器运转部件上应无废布、电线等杂物。

1.3 仪器的启动及预热

当润滑油温度升到57±8 ℃时开始启动仪器。顺时针转动机器启动开关启动机器，检查飞轮旋转方向，从正面看应为顺时针旋转，直至灯灭以后松手，开启右面的空气加热器开关，把喷油枪的进油阀放在给油位置，快速转动大手轮（向手轮读数小的方向）将柴油压燃，打开冷却水开关，观察有无冷却水流出，最后打开温空器开关，仪器开始预热。

1.4 操作条件

十六烷值机经过预热，使得油压保持在172 kPa～207 kPa下不变，曲轴箱真空度为负值，气缸冷却套液面应升到“LEVEL-HOT”以上（温度为100±2 ℃），曲轴箱润滑油温度稳定在57±8 ℃，进气温度为66±0.5℃，喷油枪冷却温度为38±3 ℃，电机转速为900±9r/min。将双数字十六烷值表的校正/操作转换开关打到校正位置，观察双数字十六烷值表的喷射提前角和点火滞后角是否为13度，不是的话，分别调对应的电位器使显示为13度，将校正/操作转换开关打到操作位置。

1.5 样品测试

根据被测样品选择两个参比燃料，被测样品的十六烷值要在两个参比燃料之间，两个参比燃料的十六烷值之差不大于5.5个单位，机器达到操作条件后，开始测样。

（1）用被测样品（见表1）清洗1号杯三次，放入被测样品，排气，测量流速（13 mL/min±0.2 mL/min），如果流速不合适，调整流速测微计，直到满足条件为止。调整大手轮使点火滞后角为20度以上，然后调整喷射提前角测微计和大手轮使双数字十六烷值表上的喷射提前角和点火滞后角均为13度，读手轮读数，重复三次，三次手轮读数必须有一个峰值，将三次的手轮读数算出平均值。

（2）根据被测样品的手轮读数，选取第一个参比副标准燃料。用第一个参比副标准燃料清洗2号杯三次，放入参比燃料，具体方法同上，读取手轮读数，算出三次平均值。

（3）选取第二个参比副标准燃料，用第二个参比副标准燃料清洗3号杯三次，放入参比燃料，具体方法同上，读取手轮读数，算出三次平均值。

（4）试样的十六烷值按式（1）计算［5-6］：

式中：CN为试样的十六烷值；CN1为低着火性质副标准燃料的十六烷值；CN2为高着火性质副标准燃料的十六烷值；CN3为轻柴油的十六烷值；a为试样三次测定手轮读数的算术平均值；a1为低十六烷值副标准燃料三次测定手轮读数的算术平均值；a2为高十六烷值副标准燃料三次测定手轮读数的算术平均值；X为轻柴油占混合液的体积百分数。

表 1 试样的配制方案Table 1 The sample preparation scheme

2 结果与讨论

2.1 混合样十六烷值与轻柴油所占体积百分比的关系

本实验通过将煤炭间接液化高十六烷值轻柴油与低副标准燃料U-18混合，通过调整轻柴油所占的体积比来研究十六烷值的变化规律。从表2可知，混合样的十六烷值随着轻柴油体积含量的增加而增加。通过线性拟合，如图1，得出拟合函数Y=55.571X+20.9，拟合度R2=0.9994，说明混合样的十六烷值和轻柴油所占的体积百分比线性关系很好。从拟合函数可知，当X=0时，Y=20.9，也就是说从拟合函数计算出来的U-18副标准燃料的十六烷值是20.9，真实值是20.7，绝对误差是0.2，远远小于GB/T386重复性的要求，说明混合样十六烷值的测试结果准确度很高。

表2 测试结果Table2 The test results

图1 混合样十六烷值与轻柴油占混合液的体积百分比关系图Fig.1 Cetane number of mixed samples and the light diesel accounted mixture volume percentage relation graph

2.2 准确度和精密度分析

根据公式（2），计算出了煤炭间接液化高十六烷值轻柴油的十六烷值，如表2， 轻柴油十六烷值的平均值是76.7，因为使用的是CFR F-5柴油十六烷值机和美国试验与材料协会标准ASTM D613-10a《柴油十六烷值测定法》，根据标准中对偏差的规定，此数值无偏差。从拟合函数计算出来的轻柴油的十六烷值是76.5，绝对误差是0.2，说明计算出的轻柴油十六烷值准确度很高。另外从表2可知轻柴油十六烷值的绝对偏差≦0.7，远远小于GB/T386重复性的要求，说明煤炭间接液化产品轻柴油高十六烷值的测试结果精密度很高。

3 结语

本方法将煤炭间接液化高十六烷值轻柴油与低副标准燃料U-18按照不同体积比混合，得到了煤炭间接液化产品轻柴油高十六烷值的测试方法。研究结果表明，混合样的十六烷值随着轻柴油体积含量的增加而增加，而且成线性关系。此方法测定的轻柴油十六烷值准确度和精密度都很高，适用于煤炭间接液化产品轻柴油高十六烷值的测定。

参考文献：

［1］梁斌，王一琳，何涛.石化柴油十六烷值测定［J］.化工中间体，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］董立华，郝栩，曹立仁，等.费托合成油品体系相关二元物系气液平衡预测方法的评价［J］.化工学报，2009，60（6）：1367-1372.

［5］GB/T 386-2010， 柴油十六烷值测定法［S］.

［6］ASTM D613-10a， 柴油十六烷值测定法［S］.