李國(guó)強(qiáng)施金祥杜寶良燕來(lái)（.鄂爾多斯大路煤化工研究所， 內(nèi)蒙古 00300；2.中科合成油內(nèi)蒙古有限公司， 內(nèi)蒙古 00300）

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煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測(cè)試方法

李國(guó)強(qiáng)1，2施金祥1，2杜寶良1燕來(lái)1，2（1.鄂爾多斯大路煤化工研究所， 內(nèi)蒙古 010300；
2.中科合成油內(nèi)蒙古有限公司， 內(nèi)蒙古 010300）

摘要：鑒于煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油的十六烷值通常高于75，而目前的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不能夠準(zhǔn)確的給出上述產(chǎn)品十六烷值的具體數(shù)值，本文針對(duì)該產(chǎn)品提出了一種新型的十六烷值測(cè)試方法。將高十六烷值輕柴油與低副標(biāo)準(zhǔn)燃料U-18按照不同體積比率配置一系列的混合油品，在標(biāo)準(zhǔn)操作條件下采用CFR F-5柴油十六烷值機(jī)分別進(jìn)行測(cè)試，然后將混合試樣與標(biāo)準(zhǔn)燃料進(jìn)行比較，得出混合試樣十六烷值的測(cè)定值，并計(jì)算出輕柴油的十六烷值。研究結(jié)果顯示，所測(cè)輕柴油十六烷值的絕對(duì)誤差是0.2，絕對(duì)偏差≦0.7，說(shuō)明此方法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度和精密度很高，完全適用于煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測(cè)定。

關(guān)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(jī)中燃燒時(shí)著火性能的指標(biāo)［1］。近年來(lái)，中國(guó)原油對(duì)外依存度越來(lái)越高，合理利用中國(guó)豐富的煤炭資源，開(kāi)發(fā)煤制油技術(shù)，作為石油資源的補(bǔ)充，對(duì)于保障中國(guó)的能源安全和化工原料來(lái)源具有十分重要的戰(zhàn)略意義。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委規(guī)劃，到2025年國(guó)內(nèi)煤制油規(guī)模將達(dá)到5000萬(wàn)噸/年，其中3000萬(wàn)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(yōu)質(zhì)的柴油調(diào)兌產(chǎn)品。十六烷值高，說(shuō)明該燃料在柴油機(jī)中發(fā)火性能好，滯燃期短，燃燒均勻且完全，發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)。美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D613-10a《柴油十六烷值測(cè)定法》中規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為900±9r/min，適合測(cè)量十六烷值在30～60范圍內(nèi)的柴油，另外CFR F-5柴油十六烷值機(jī)匹配的T-25高副標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量煤炭間接液化輕柴油的十六烷值出不了具體數(shù)字，結(jié)果只能寫(xiě)大于74.7。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，本實(shí)驗(yàn)中將煤炭間接液化高十六烷值輕柴油與低副標(biāo)準(zhǔn)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(jī)在標(biāo)準(zhǔn)操作條件下測(cè)試，得出混合試樣十六烷值的測(cè)定值。此方法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度很高，適用于煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

（1） 測(cè)試儀器

CFR F-5柴油十六烷值機(jī) 由美國(guó)瓦克薩公司生產(chǎn)

（2）測(cè)試試劑

低十六烷值檢驗(yàn)燃料：十六烷值為43.37，由美國(guó)雪佛龍菲利浦化學(xué)公司生產(chǎn)。

高十六烷值檢驗(yàn)燃料：十六烷值為52.45，由美國(guó)雪佛龍菲利浦化學(xué)公司生產(chǎn)。

T-25副標(biāo)準(zhǔn)燃料：十六烷值為74.7，由美國(guó)雪佛龍菲利浦化學(xué)公司生產(chǎn)。

U-18副標(biāo)準(zhǔn)燃料：十六烷值為20.7，由美國(guó)雪佛龍菲利浦化學(xué)公司生產(chǎn)。

煤炭間接液化高十六烷值輕柴油：由內(nèi)蒙古伊泰煤制油有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

T-25副標(biāo)準(zhǔn)燃料與U-18副標(biāo)準(zhǔn)燃料調(diào)配時(shí)，對(duì)任何體積的混合物均可由下式求得：

副標(biāo)準(zhǔn)燃料十六烷值=74.7×T-25的體積分?jǐn)?shù)+20.7×U-18的體積分?jǐn)?shù)

1.2 儀器啟動(dòng)前準(zhǔn)備工作

（1）合上總電源開(kāi)關(guān)，將雙數(shù)字十六烷值表的開(kāi)關(guān)打到ON的位置。

（2）將機(jī)油溫控開(kāi)關(guān)旋至7擋，一般可滿足機(jī)油溫度的要求。

（3）用曲扳手人工順時(shí)針盤(pán)車4～5圈，以確定機(jī)器組裝無(wú)問(wèn)題。讓飛輪停在壓縮沖程的死點(diǎn)上，調(diào)節(jié)制冷機(jī)氣門(mén)間隙，進(jìn)氣門(mén)為0.075 mm，排氣門(mén)為0.330 mm，這樣的間隙在熱機(jī)時(shí)，可提供所需的0.20 mm間隙，往四個(gè)加油點(diǎn)上滴加適量潤(rùn)滑油。

（4）檢查曲軸箱機(jī)油液面，應(yīng)在玻璃視鏡的三分之二處，不足時(shí)要補(bǔ)加同牌號(hào)或高于原牌號(hào)級(jí)別的機(jī)油，檢查噴油泵機(jī)油液面，應(yīng)在兩條白線中間位置，不足時(shí)補(bǔ)加同牌號(hào)或者高于原牌號(hào)級(jí)別的機(jī)油。檢查夾套水液面應(yīng)在2cm的高度，如低于則補(bǔ)充蒸餾水。

（5）轉(zhuǎn)動(dòng)汽化器選擇閥，如擰不動(dòng)，用螺絲刀輕輕敲擊選擇閥一下，使選擇閥轉(zhuǎn)動(dòng)自如，不能用力硬擰閥。將選擇閥的指針?lè)旁?的位置。將預(yù)熱燃料（高十六烷值的柴油）倒入第三個(gè)杯中，并排除連接管及燃料杯中的氣泡（必須兩個(gè)閥門(mén)同時(shí)放氣）。

（6）噴油槍進(jìn)油閥放在斷油位置，手輪讀數(shù)打到2左右。

（7）檢查儀表盤(pán)上所有開(kāi)關(guān)均要處在關(guān)閉狀態(tài)（除雙十六烷值表以外），檢查機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)部件上應(yīng)無(wú)廢布、電線等雜物。

1.3 儀器的啟動(dòng)及預(yù)熱

當(dāng)潤(rùn)滑油溫度升到57±8 ℃時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)儀器。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器啟動(dòng)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)機(jī)器，檢查飛輪旋轉(zhuǎn)方向，從正面看應(yīng)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直至燈滅以后松手，開(kāi)啟右面的空氣加熱器開(kāi)關(guān)，把噴油槍的進(jìn)油閥放在給油位置，快速轉(zhuǎn)動(dòng)大手輪（向手輪讀數(shù)小的方向）將柴油壓燃，打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)，觀察有無(wú)冷卻水流出，最后打開(kāi)溫空器開(kāi)關(guān)，儀器開(kāi)始預(yù)熱。

1.4 操作條件

十六烷值機(jī)經(jīng)過(guò)預(yù)熱，使得油壓保持在172 kPa～207 kPa下不變，曲軸箱真空度為負(fù)值，氣缸冷卻套液面應(yīng)升到“LEVEL-HOT”以上（溫度為100±2 ℃），曲軸箱潤(rùn)滑油溫度穩(wěn)定在57±8 ℃，進(jìn)氣溫度為66±0.5℃，噴油槍冷卻溫度為38±3 ℃，電機(jī)轉(zhuǎn)速為900±9r/min。將雙數(shù)字十六烷值表的校正/操作轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到校正位置，觀察雙數(shù)字十六烷值表的噴射提前角和點(diǎn)火滯后角是否為13度，不是的話，分別調(diào)對(duì)應(yīng)的電位器使顯示為13度，將校正/操作轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到操作位置。

1.5 樣品測(cè)試

根據(jù)被測(cè)樣品選擇兩個(gè)參比燃料，被測(cè)樣品的十六烷值要在兩個(gè)參比燃料之間，兩個(gè)參比燃料的十六烷值之差不大于5.5個(gè)單位，機(jī)器達(dá)到操作條件后，開(kāi)始測(cè)樣。

（1）用被測(cè)樣品（見(jiàn)表1）清洗1號(hào)杯三次，放入被測(cè)樣品，排氣，測(cè)量流速（13 mL/min±0.2 mL/min），如果流速不合適，調(diào)整流速測(cè)微計(jì)，直到滿足條件為止。調(diào)整大手輪使點(diǎn)火滯后角為20度以上，然后調(diào)整噴射提前角測(cè)微計(jì)和大手輪使雙數(shù)字十六烷值表上的噴射提前角和點(diǎn)火滯后角均為13度，讀手輪讀數(shù)，重復(fù)三次，三次手輪讀數(shù)必須有一個(gè)峰值，將三次的手輪讀數(shù)算出平均值。

（2）根據(jù)被測(cè)樣品的手輪讀數(shù)，選取第一個(gè)參比副標(biāo)準(zhǔn)燃料。用第一個(gè)參比副標(biāo)準(zhǔn)燃料清洗2號(hào)杯三次，放入?yún)⒈热剂?，具體方法同上，讀取手輪讀數(shù)，算出三次平均值。

（3）選取第二個(gè)參比副標(biāo)準(zhǔn)燃料，用第二個(gè)參比副標(biāo)準(zhǔn)燃料清洗3號(hào)杯三次，放入?yún)⒈热剂希唧w方法同上，讀取手輪讀數(shù)，算出三次平均值。

（4）試樣的十六烷值按式（1）計(jì)算［5-6］：

式中：CN為試樣的十六烷值；CN1為低著火性質(zhì)副標(biāo)準(zhǔn)燃料的十六烷值；CN2為高著火性質(zhì)副標(biāo)準(zhǔn)燃料的十六烷值；CN3為輕柴油的十六烷值；a為試樣三次測(cè)定手輪讀數(shù)的算術(shù)平均值；a1為低十六烷值副標(biāo)準(zhǔn)燃料三次測(cè)定手輪讀數(shù)的算術(shù)平均值；a2為高十六烷值副標(biāo)準(zhǔn)燃料三次測(cè)定手輪讀數(shù)的算術(shù)平均值；X為輕柴油占混合液的體積百分?jǐn)?shù)。

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

2 結(jié)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(guān)系

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)將煤炭間接液化高十六烷值輕柴油與低副標(biāo)準(zhǔn)燃料U-18混合，通過(guò)調(diào)整輕柴油所占的體積比來(lái)研究十六烷值的變化規(guī)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(guò)線性擬合，如圖1，得出擬合函數(shù)Y=55.571X+20.9，擬合度R2=0.9994，說(shuō)明混合樣的十六烷值和輕柴油所占的體積百分比線性關(guān)系很好。從擬合函數(shù)可知，當(dāng)X=0時(shí)，Y=20.9，也就是說(shuō)從擬合函數(shù)計(jì)算出來(lái)的U-18副標(biāo)準(zhǔn)燃料的十六烷值是20.9，真實(shí)值是20.7，絕對(duì)誤差是0.2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于GB/T386重復(fù)性的要求，說(shuō)明混合樣十六烷值的測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度很高。

表2 測(cè)試結(jié)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(guān)系圖Fig.1 Cetane number of mixed samples and the light diesel accounted mixture volume percentage relation graph

2.2 準(zhǔn)確度和精密度分析

根據(jù)公式（2），計(jì)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?yàn)槭褂玫氖荂FR F-5柴油十六烷值機(jī)和美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D613-10a《柴油十六烷值測(cè)定法》，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)偏差的規(guī)定，此數(shù)值無(wú)偏差。從擬合函數(shù)計(jì)算出來(lái)的輕柴油的十六烷值是76.5，絕對(duì)誤差是0.2，說(shuō)明計(jì)算出的輕柴油十六烷值準(zhǔn)確度很高。另外從表2可知輕柴油十六烷值的絕對(duì)偏差≦0.7，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于GB/T386重復(fù)性的要求，說(shuō)明煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測(cè)試結(jié)果精密度很高。

3 結(jié)語(yǔ)

本方法將煤炭間接液化高十六烷值輕柴油與低副標(biāo)準(zhǔn)燃料U-18按照不同體積比混合，得到了煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測(cè)試方法。研究結(jié)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(guān)系。此方法測(cè)定的輕柴油十六烷值準(zhǔn)確度和精密度都很高，適用于煤炭間接液化產(chǎn)品輕柴油高十六烷值的測(cè)定。

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［6］ASTM D613-10a， 柴油十六烷值測(cè)定法［S］.