费托合成产品调和0号国VI柴油及润滑性能研究

张慧佳 梁雪美 李艳

摘      要： 通过分析掌握费托合成清洁柴油组分的特性，开展加氢裂化轻柴油与煤炭直接液化柴油油品的调和工艺探索与研究，以提高费托清洁柴油密度及各项指标，使产品指标符合0号国VI车用柴油标准，从而满足成品油销售要求，为费托合成清洁柴油的生产、销售奠定基础。

关  键  词：直接液化柴油;间接液化轻柴油;调和柴油;润滑性

中图分类号：U 437          文献标识码： A      文章编号： 1671-0460（2019）12-2789-04

Abstract： Through analysis of the component characteristics of clean diesel produced by F-T synthesis process， the blending process of hydrocracking light diesel oil and coal direct liquefied diesel oil products was studied to improve the density and various indicators of F-T clean diesel， so that the product indicators can meet the requirements of 0# national VI car diesel standard， in order to meet the sales requirements of refined oil， laying the foundation for the production and sales of F-T synthetic clean diesel.

Key words： Direct liquefied diesel; Indirect liquefied light diesel; Blended diesel; Lubricity

柴油作为燃料主要用于汽车发动机、公共汽车、卡车和大型机械。它的广泛使用增加了排放到大气中的污染物气体，如CO、NO、SO等的排放，这些气体会加重温室效应，导致酸雨和空气质量下降。随着国家机动车污染物排放标准在我国各大城市陆续实施，对柴油品质的要求越来越严格。

煤炭间接液化工艺是煤经气化生产粗合成气（H2+CO），粗合成气经净化后的合成气经过费托合成（F-T）反应生成油品和化学品的过程。费托合成柴油主要具有低硫、低氮化物、低芳烃、高辛烷值的特点，但其密度低、凝点高、流动性相对较差[1，2];而煤炭直接液化是将煤在氢气和催化剂作用下通过加氢裂化转变为液体燃料的过程，所产的柴油主要具有高密度、高环烷烃和高芳烃等特点[3，4]。因此，作为柴油直接销售不能满足标准要求，需进行一定比例的油品调和。

经过加氢精制后，费脱柴油大部分硫、氧和氮化合物被除去，使柴油润滑性变差，影响张力性能，加速磨损，造成发动机动力不足。同时还会缩短发动机的使用寿命，并因发动机部件的磨损和故障而导致能量耗散。近年来，在增加柴油润滑性方面进行了许多研究，其中添加抗磨剂可能是解决润滑油问题最有效的途径[5-7]。

因此，针对费托合成清洁柴油组分面临的这些问题，开展与煤基直接液化柴油的调和并对配方进行优化。針对不同柴油的组分特性，对接国标Ⅵ车用柴油标准要求，利用各调和油品优缺点的互补，开展调和配方及调和工艺的探索与研究，调制出合格柴油产品。

1  实验部分

1.1  实验仪器

全自动密度计（DMA4500M）;低温模拟蒸馏色谱（JAS-63198-0100-230）;闭口闪点测定仪（PMA 5）;石油产品运动黏度测定仪（SVM 3001）;气相-质谱联用仪（美国安捷伦，使用石科院分析软件）;高频往复试验机（HFRR，英国PCS）

1.2  实验样品

煤炭间接液化加氢裂化轻柴油;煤炭直接液化柴油。

2  调和方案分析及评价

2.1  原油性质

对新取得间接液化加氢裂化轻柴油与直接液化柴油进行性质测试，裂化轻柴油硫含量低，密度小，黏度大，闪点相对也较高，润滑性差。直接液化柴油硫含量较低，但密度大，凝点低，十六烷值小，润滑性也欠佳。根据两种油品的性质可知，直接液化柴油可以作为裂化轻柴油很好的调和组分来提高裂化轻柴油的密度，降低其凝点，使各项指标合格。

2.2  调和油品性质

柴油的密度、闪点、运动黏度、十六烷值、凝点等理化性质会影响柴油在发动机的喷射、雾化、着火和燃烧等过程，同时对发动机的冷启动性、经济型、排放性以及存储过程等产生重要的影响，所以需要对调和的柴油的密度、闪点、运动黏度、十六烷值、凝点等性能指标进行比较，得出最佳调和比的柴油。由于裂化轻柴油经过了加氢精制与加氢裂化过程，属于较清洁的柴油，因此硫含量、实际的十六烷值、氧化安定性和黏度等指标都能较好的满足0号国VI车用柴油的标准。所以只需要将直接液化柴油与裂化轻柴油做适当的调和，就能够完全满足国VI车用柴油的要求。

以密度为考察目标，通过计算确定直接液化柴油和裂化轻柴油分别按不同的质量比进行调和，通过考察调和后柴油的一些性能指标，比较调和柴油密度随间接裂化柴油质量分数的变化，结果如图1所示。从图中可以看出，随着裂化轻柴油添加比例的增大，调和柴油的密度是呈线性下降的。因为裂化轻柴油本身的密度较低，所以添加的量越多，密度也会随之减小。

由实验数据得到直接液化柴油的闪点为55 ℃，裂化轻柴油为123.5 ℃，说明裂化轻柴油在存储、运输和使用过程中较直接液化柴油有着更好的安全性。所以裂化轻柴油的存在可以提高调和柴油的闪点，由图2可以看出，随着裂化轻柴油的质量分数的增大，调和柴油的闪点随之增大。

柴油黏度过大会增加运动阻力，增加发动机的功率损失。过小会增加偶件磨损，间隙变大，柴油漏失。因此要将调和柴油的黏度控制在一个适宜的范围内，而0号国VI柴油要求黏度在3.0～8.0 mm2/s之间。由图3中数据可以看出，调和柴油的的运动黏度随着间接液化轻柴油的质量分数呈现上升的趋势，且调和柴油的运动黏度都在国标要求的范围内。

十六烷值是表征柴油着火性能好坏的指标。直接液化柴油的十六烷值为32，而裂化轻柴油的十六烷值远高于直接液化柴油，着火性能校好。由图4可以看出，将两种柴油调和后油品的十六烷值逐渐增大，按不同质量比调和后的柴油，十六烷值都发生了提高，达到标准的要求。

柴油凝点和冷滤点是评定柴油低温流动性的两个主要指标。我国柴油标准牌号是按照凝点来划分的，而各牌号柴油的实际使用温度范围是按照冷滤点来划分的。由于烃类组成的不同，直接液化柴油的凝点和冷滤低，间接液化轻柴油的凝点和冷滤点相对较高。通过将不同质量分数的直接液化柴油和间接液化轻柴油的调和可以实现互补。如图5是调和柴油的凝点和冷滤随着调和柴油中裂化轻柴油的质量分数的变化趋势图。从图中可以看出，随着裂化轻柴油质量分数的增大，调和柴油的凝点和冷滤点是增大的趋势，但是与裂化轻柴油的的质量分数不呈线性关系。

综上所述，不同调和比例调和出的柴油密度不同，直接液化柴油的量越多，柴油的密度越大，根据表中柴油性能相关指标数据不难看出，只有调和后的密度为810 kg/m3时，除了磨痕直径外，调和柴油的十六烷值、凝点、冷滤点、闪点、运动黏度等指标均符合0号国VI车用柴油的标准。因此，将密度为810 kg/m3的调和柴油作为后续实验的油样，通过加入抗磨剂来改善柴油的润滑性，使其成为合格油品。

2.3  柴油抗磨性感受实验

2.3.1  抗磨剂对柴油润滑性影响

为了考察不同类型抗磨剂对调和柴油润滑性的影响，选用了两种常见的抗磨剂，一种是脂肪酸型抗磨剂，一种是脂肪酸酯型抗磨剂。酸型抗磨剂主要为长链的碳氢化合物，不同碳链长度的酸型抗磨剂具有不同的润滑作用，作为抗磨剂使用可以不同程度的降低柴油的磨痕直径。酸酯型抗磨剂是脂肪酸和醇类经酯化合成的脂肪酸酯类化合物，经酯化后，降低了抗磨剂在存储和使用过程中被氧化的可能性，提高了抗磨润滑的稳定性。根据两种抗磨剂的性质，将其对调和柴油润滑性能的影响做了对照试验，考察了不同浓度梯度的抗磨剂对调和后的柴油的磨痕直径变化。结果如图所示，由图6可以看出随着脂肪酸型抗磨剂浓度的增大，柴油的磨痕直径在逐渐减小，当浓度为150 mg/kg时，变化开始趋于平缓，再增大抗磨剂浓度对调和柴油磨痕直径影响不大。图7为不同浓度酸酯型抗磨剂对调和柴油磨痕直径的影响，从图可以看出，酸酯型抗磨剂的浓度较小时对调和柴油的磨痕直径影响不大，当浓度越大时，调和柴油磨痕直径变化越明显，因在国标中对车用柴油抗磨剂添加量有要求，因此控制抗磨剂最大浓度为250 mg/kg。

同时，从图6-7的对比试验可以看出，在浓度较低时，酸型抗磨剂对柴油润滑性的感受性比酸酯型抗磨剂的更加敏感。

但在濃度逐渐增大时，酸型抗磨剂降低柴油磨痕的效果要比脂型抗磨剂降低柴油磨痕的效果低，加入200 mg/kg的抗磨剂，脂型抗磨剂降低磨痕效果更为明显。

2.3.2  抗磨剂加入量对柴油运动黏度和密度的影响

考察了抗磨剂加入量对调和柴油运动黏度和密度的影响，由图8可以看出，加入不同浓度的脂肪酸型和脂肪酸酯型抗磨剂对柴油的密度几乎没有影响，同样的由图9看出，随着酸型抗磨剂和酯型抗磨剂浓度的增加，柴油的运动黏度变化不大。因此可以得出：抗磨剂加剂量对柴油的密度和运动黏度无影响。

3  结论

通过对调和方案的对比，利用各调和油品优缺点的互补，开展调和配方及调和工艺的探索与研究，制定油品调和方案，生产出合格柴油产品。在提高柴油润滑性方面，使用抗磨剂是最有效措施，但是不同抗磨剂对柴油的影响不同，我们在对抗磨剂选择时既要考虑其经济效益，也要考虑抗磨剂对柴油质量的影响。

参考文献：

[1]胡云剑，金环午，李克健，等.煤直接液化柴油的性质及发动机燃烧和排放[J].石油学报（石油加工）， 2010（增刊1）： 246-252.

[2]胡准庆，张欣.煤基合成柴油在汽车发动机上的应用[J].煤炭学报，2008， 33（5）： 588-591.

[3]吴秀章，石玉林，马辉.煤炭直接液化油品加氢稳定和加氢改质的试验研究[J].石油炼制与化工，2009， 40（5）： 1-5.

[4]胡云剑，白雪梅，金环年，等.煤直接液化柴油的储存安全性[J].神华科技，2010， 8（1）：57-60.

[5]李彦，杨栩，李丹，等. 柴油抗磨剂对柴油质量影响研究[J]. 当代化工，2014， 43（11）： 2305-2309.

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[7]栾郭宏. 脂肪酸类和脂肪酸酯类柴油润滑性改进剂使用性能评价[J].精细石油化工进展，2014，15（3）：47-50.