中间馏分油密度、十六烷值等指标之间关系的研究

杨 勇 张凤泉 刘馨璐 董 芳

〔中国石化销售有限公司油品技术研究所 天津 300384〕

中间馏分油密度、十六烷值等指标之间关系的研究

杨 勇 张凤泉 刘馨璐 董 芳

〔中国石化销售有限公司油品技术研究所 天津 300384〕

以催化裂化、延迟焦化、煤制油等12种样品(均不加入添加剂)，根据相关标准实验分别测试了它们的密度、十六烷值和热值等指标，发现在实验条件下，中间馏分油基本存在如下列关系，密度与十六烷值(十六烷指数)和质量热值呈负相关，与体积热值呈正相关；采用SH/T 0694-2000《中间馏分然料十六烷指数计算法(四变量法)》计算的十六烷指数多大于十六烷值，且与采用GB/T 11139-89《馏分燃料十六烷指数计算法(二变量法)》计算的十六烷指数相比更为接近十六烷值；十六烷值(十六烷指数)与质量热值正相关，与体积热值负相关。

中间馏分油 密度 十六烷值 热值

中间馏分油是指常压塔馏出物中除塔顶汽油和塔底重油以外的侧线馏分，是多种碳氢化合物的混合物，一般指煤油和柴油馏分。本文中的中间馏分油主要指柴油馏分。作为一种产品，车用柴油和普通柴油，是按照标准要求将不同工艺的中间馏分油及少量添加剂调合而成的碳原子数约10～22的混合物。随着质量升级，各种炼油新工艺导致了油品组成的变化和油品性能指标的变化，比如十六烷值、硫含量、多环芳烃含量等。适时了解油品组成与性质及各性能指标之间的关系，对做好油品质量检验和管理具有一定指导意义。

油品的各种性能主要与其化学组成有关，例如柴油十六烷值，正构烷烃的十六烷值最高，稠环芳烃的十六烷值最低，烯烃、环烷烃介于两者之间[1]。而一定含量的烃类组成又可以反映在柴油的其他性质指标上，例如密度。相对于十六烷值与热值来说，测定柴油的密度更加简单容易。本文通过分析不同工艺生产的中间馏分的实验室理化性能指标，研究密度与十六烷值(指数)、热值之间的关系。

1 实验部分

1.1 样品

选取了12种不同工艺生产的中间馏分油，包括催化裂化、延迟焦化、加氢精制、加氢裂化等工艺。样品信息见表1。样品馏程、组成等基础数据见表2。

表1 样品信息

表2 样品馏程、组成数据

1.2 方法和设备

1.2.1 十六烷值

采用国标《柴油十六烷值测定法》(GB/T 386—2010)测定样品的十六烷值。所用仪器为美国Waukesha公司制造的CFR(F-5)型柴油十六烷值机。

1.2.2 十六烷指数

采用SH /T 0694—2000(四变量法)和GB/T 11139—891(=变量)分别计算十六烷指数。

1.2.3 热值

采用国标《石油产品热值测定法》(GB/T 384—81)测定柴油热值。所用仪器为德国IKA公司制造的C2000型量热仪。

1.2.4 密度

采用国标《原油和液体石油产品密度实验室测定法(密度计法)》(GB/T 1884—2000)和国标《石油计量表》(GB/T 1885—1998)测定柴油的密度。密度计为SY-Ⅱ型。

2 结果与讨论

2.1 密度与十六烷值、十六烷指数的关系

分别测定各个中间馏分的20℃密度和十六烷值，并采用GB/T 11139和SH/T 0694计算其十六烷指数，结果见表3。

表3 中间馏分密度、十六烷值与十六烷指数

以20℃密度对十六烷值和十六烷指数作图，结果如图1所示。图中十六烷值以CN表示，十六烷指数以CI来表示。从图1中可以看出，总的来说，密度与十六烷值及十六烷指数基本负相关。其中只有样品6的十六烷指数与十六烷值相差较大。主要原因可能是样品6为采用直接液化生产的煤制油，环烷烃含量较高(99 %)。

图1 密度与十六烷值及十六烷指数

2.2 十六烷值与十六烷指数的关系

十六烷指数的计算有两种方法，其中GB/T 11139适用于计算直馏馏分、催化裂化馏分以及这两者混合燃料的十六烷指数；SH/T 0694(四变量公式法)适用于石油中间馏分燃料以及含有来源于油砂和油页岩的非石油馏分的燃料。

由于两种十六烷指数计算方法的制订时间较早，造成了当时生产柴油的原油及工艺与现在区别较大，且在柴油产品标准中规定了着火性指标只需满足十六烷值或十六烷指数其中一项的要求即可。在标准十六烷值机经费投入较高的情况下，选择一种计算结果与实测十六烷值更加接近的十六烷指数计算方法，通过计算十六烷指数来判定柴油着火性具有更加实际的意义。

图2显示了十六烷值(CN)与十六烷指数(CI)的关系，图中“CN-CI(四)”表示十六烷值减去四变量法指数的差值，“CN-CI(二)”表示十六烷值减去二变量法指数的差值。

图2 十六烷值与十六烷指数的关系

从图2(参照表3)可以看出，大部分的样品存在至少有1个CI大于CN的情况，只有油样6和7的CN同时大于两个CI，且油样6的差值较大。究其原因，主要是因为油样6为直接液化法生产的煤制油，组成以链烷烃(11.7%)和环烷烃(86.9%)为主，而其本身馏程较窄且馏分较轻，这就造成了CN大大超过CI的现象。

以绝对值来判定，在12个样品中，有8个样品的四变量法CI与CN更为接近。此外，有9个样品的四变量法CI大于CN，6个样品的二变量法CI大于CN(其中包括5个样品的两个CI同时大于CN)。在产品标准中规定四变量法CI低于CN，在不添加十六烷值改进剂的情况下，这一点与本文的实验结果不相符。

2.3 热值与密度的关系

热值又称卡值或发热量，是指单位质量(或体积)的燃料完全燃烧时所放出的热量，通常可分为高热值和低热值两种。燃料中的氢燃烧生成水，如果水按蒸汽算，结果是低热值，按冷凝成水算，是高热值。本文中测得的是中间馏分的高热值。20℃密度与高热值的关系见图3。

图3 密度与质量热值和体积热值

分析图3可以看出，质量热值与体积热值呈负相关，密度与质量热值呈良好的负相关性，与体积热值呈良好的正相关性。

3 结论

通过分析中间馏分油的密度、十六烷值(十六烷指数)和热值的相互关系，可以得到以下结论：

(1)一般情况下，中间馏分油的密度与十六烷值(十六烷指数)表现为负相关，即不同柴油相比，密度越大其十六烷值(十六烷指数)越小；

(2)在未添加十六烷值改进剂的情况下，大部分样品的四变量法CI大于CN，且较二变量法CI更接近CN；

(3)中间馏分油的密度与体积热值呈正相关，与质量热值呈负相关；

(4)中间馏分油的十六烷值越高，其质量热值越高，但体积热值越低。

[1] 庞荔元. 油品分析员读本[M]. 北京：中国石化出版社，2007：85.

2017-03-01。

杨勇(1980-)男，2002年毕业于天津科技大学高分子材料成型与加工专业，本科，学士，工程师，现从事轻质油品的应用研究及质量管理工作。