鄭東前 劉馨璐 楊勇 陳春會 崔永勝

中國石化銷售有限公司油品技術(shù)研究所

目前，增產(chǎn)汽油主要是通過提高催化裂化汽油和催化重整汽油的產(chǎn)量實現(xiàn)［1］，而催化重整工藝技術(shù)以直餾石腦油等為原料生產(chǎn)高辛烷值汽油組分，同時在芳烴分離部分獲得副產(chǎn)品C9+芳烴。C9+芳烴各組分的沸點非常接近，分離相對困難，而且深加工需要的條件也非?？量蹋a(chǎn)成本高［2］。目前，典型工藝生產(chǎn)的C9+芳烴以C9芳烴為主，其中甲乙苯和偏三甲苯各約占25%，而C10+芳烴約占C9+芳烴的27%［2］。部分煉廠將C9+芳烴作為汽油調(diào)合組分，但該組分可能影響油品質(zhì)量和汽車的排放。本文選取了2個煉廠的C9+芳烴，按照一定比例加入92號、95號車用汽油中進行測試，考察C9+芳烴對于汽油質(zhì)量的影響；同時采用煉廠提供的含有不同濃度C9+芳烴的汽油開展發(fā)動機臺架試驗，測試C9+芳烴對發(fā)動機動力性能及燃油經(jīng)濟性（油耗）的影響。

試驗部分

樣品準(zhǔn)備

基礎(chǔ)汽油樣品

◇山東某地?zé)捈?2號車用汽油（ⅥA）（以下簡稱地?zé)捈?2#）；

◇山東某地?zé)捯?2號車用汽油（ⅥA）（以下簡稱地?zé)捯?2#）；

◇天津某煉化95號車用汽油（ⅥA）（以下簡稱天津95#）。

C9+芳烴、C9芳烴同分異構(gòu)體樣品

◇天津某煉化的C9芳烴和C10+芳烴，以下簡稱C9(TL)和C10+(TL)，（C9芳烴和C10+芳烴合在一起統(tǒng)稱為C9+芳烴）。

◇山東某煉化的C9芳烴和C10+芳烴，以下簡稱C9(SL)和C10+(SL) 。

◇C9芳烴同分異構(gòu)體試劑級樣品：丙苯、1,3,5-三甲基苯、1,2,4-三甲基苯。

含有不同濃度C9+芳烴的汽油樣品的配制

山東某地?zé)挶渲屏撕胁煌瑵舛茸援a(chǎn)C9+芳烴的6個汽油樣品，分別為C0～C25［C0，C9+芳烴含量為0%（體積分?jǐn)?shù)）的汽油，依次類推］。該組樣品的基礎(chǔ)汽油為該地?zé)捥峁┑某Ｒ?guī)汽油組分（組成保持不變），通過調(diào)節(jié)甲苯和C9+芳烴的添加體積比例，使得該組樣品的辛烷值在同一個水平。含有不同濃度C9+芳烴的汽油樣品的辛烷值、抗爆指數(shù)和甲苯含量見表1。

試驗方法

汽油性能

◇餾程：GB/T 6536 《石油產(chǎn)品常壓蒸餾特性測定法》；

◇膠質(zhì)含量：GB/T 8019 《燃料膠質(zhì)含量的測定 噴射蒸發(fā)法》；

◇辛烷值：GB/T 5487 《汽油辛烷值的測定 研究法》；

◇蒸發(fā)指數(shù)DI：DI=（1.5×T10）+（3×T50）+T90+［11×氧含量(%)］（T10，10%蒸發(fā)溫度；T50，50%蒸發(fā)溫度；T90，90%蒸發(fā)溫度）。

◇模擬進氣閥沉積物。GB 19592 附錄B《汽油機進氣閥沉積物模擬試驗方法》。

發(fā)動機臺架試驗

對山東某地?zé)挶{(diào)配的汽油樣品C0～C25開展臺架試驗，考察C9+芳烴對發(fā)動機動力和燃油經(jīng)濟性的影響。發(fā)動機臺架試驗按照GB/T 18297 《汽車發(fā)動機性能試驗方法》進行。

◇動力性能：采用總功率測試法，發(fā)動機油門全開，在發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，依次改變轉(zhuǎn)速進行測量，獲得在不同轉(zhuǎn)速、100%負荷條件下的發(fā)動機功率。

◇燃油經(jīng)濟性：采用負荷特性測試方式，發(fā)動機在確定轉(zhuǎn)速點下，均勻分布10個負荷點，獲得在確定的百分比負荷條件下發(fā)動機燃油消耗率情況。

以C0的測試結(jié)果作為比對基準(zhǔn)，通過C5～C25與C0對比，考察C9+芳烴含量造成的動力性能差異PD、燃油經(jīng)濟性差異FED，按公式（2）、（3）計算：

式中：

Pcx——試驗汽油的動力性能測試結(jié)果；

FEcx——試驗汽油的燃油經(jīng)濟性測測試結(jié)果；

Pc0——基礎(chǔ)汽油的動力性能測試結(jié)果；

FEc0——基礎(chǔ)汽油的燃油經(jīng)濟性測試結(jié)果。

C9+芳烴對汽油質(zhì)量指標(biāo)的影響

餾程

C9芳烴及C9芳烴同分異構(gòu)體對基礎(chǔ)汽油餾程的影響

添加/未添加10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴的地?zé)捈?2#、地?zé)捯?2#的餾程比較見圖1（圖中5%指5%蒸發(fā)溫度，10%指10%蒸發(fā)溫度，以此類推，文中以下均同）。

從圖1可以看出：

◇添加10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴對于初餾點和終餾點幾乎沒有影響。

◇添加10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴對于10%蒸發(fā)溫度也沒有明顯影響。

◇添加10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴明顯提高了20%～95%的蒸發(fā)溫度。其中，10%（體積分?jǐn)?shù)）C9（SL）使地?zé)捯?2#的95%蒸發(fā)溫度提高了16.6 ℃，10%（體積分?jǐn)?shù)）C9（TL）使地?zé)捈?2#的80%蒸發(fā)溫度提高了15.7 ℃，10%（體積分?jǐn)?shù)）C9（TL）使地?zé)捯?2#汽油60%蒸發(fā)溫度提高了12.6 ℃。

添加/未添加10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴同分異構(gòu)體的地?zé)捯?2#的餾程比較見圖2。

表1 含有不同濃度C9+芳烴的汽油樣品的辛烷值、抗爆指數(shù)和甲苯含量

從圖2可以看出：

◇添加10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴同分異構(gòu)體對于初餾點、10%蒸發(fā)溫度、95%蒸發(fā)溫度、終餾點的影響不大。

◇添加10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴同分異構(gòu)體提高了30%～95%的蒸發(fā)溫度。其中，10%（體積分?jǐn)?shù)）的1,3,5-三甲基苯使基礎(chǔ)汽油60%蒸發(fā)溫度最多提高13 ℃。

C10+芳烴對基礎(chǔ)汽油餾程的影響

添加/未添加10%（體積分?jǐn)?shù)）C10+芳烴的地?zé)捯?2#、天津95#的餾程比較見圖3。

從圖3可以看出：

◇添加10%（體積分?jǐn)?shù)）C10+芳烴對于5%蒸發(fā)溫度和初餾點幾乎沒有影響。

◇添加10%（體積分?jǐn)?shù)）C10+芳烴逐漸提高了10%～50%的蒸發(fā)溫度，但整體提高幅度不大。其中，10%（體積分?jǐn)?shù)）C10+（TL）使地?zé)捯?2#的50%蒸發(fā)溫度提高了9.5 ℃，10%（體積分?jǐn)?shù)）C10+（SL）使地?zé)捯?2#的50%蒸發(fā)溫度提高了8.5 ℃，10%（體 積 分 數(shù)）C10+（TL）使 天津95#的50%蒸發(fā)溫度提高了14.1 ℃。

◇添加10%（體積分?jǐn)?shù)）C10+芳烴顯著提高了60%～終餾點的蒸發(fā)溫度，導(dǎo)致終餾點遠超車用汽油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限制（不高于205 ℃）。其中，10%（體積分?jǐn)?shù)）C10+（TL）使地?zé)捯?2#的終餾點提高了52.6 ℃，10%（體積分?jǐn)?shù)）C10+（SL）使地?zé)捯?2#的終餾點提高了70.7 ℃，10%（體積分?jǐn)?shù)）C10+（TL）使天津95#的終餾點提高了48.5 ℃。

圖1 10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴對基礎(chǔ)汽油餾程的影響

圖2 10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴同分異構(gòu)體對基礎(chǔ)汽油餾程的影響

圖3 10%（體積分?jǐn)?shù)）C10+芳烴對基礎(chǔ)汽油餾程的影響

◇2種C10+芳烴樣品在10%（體積分?jǐn)?shù)）的添加比例下，對地?zé)捯?2#的50%蒸發(fā)溫度的提高幅度相近，但C10+（SL）對于地?zé)捯?2#的終餾點有更明顯的提高。

添加1%、3%、10%（體積分?jǐn)?shù)）C10+（TL）的地?zé)捈?2#與未添加C10+（TL）的地?zé)捈?2#的餾程比較見圖4。

從圖4可以看出：

◇C10+（TL）添加比例對于初餾點～30%蒸發(fā)溫度幾乎沒有影響。

◇隨著C10+（TL）添加比例的增加，對地?zé)捈?2#基礎(chǔ)汽油40%～終餾點的蒸發(fā)溫度提升幅度相應(yīng)增強。

◇添加1%（體積分?jǐn)?shù)）C10+（TL）可使基礎(chǔ)汽油終餾點達到202.2 ℃，說明C10+（TL）的添加易造成基礎(chǔ)汽油終餾點不合格。

蒸發(fā)指數(shù)

分別在地?zé)捯?2#中加入10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴、C9芳烴同分異構(gòu)體和C10+芳烴，開展蒸發(fā)指數(shù)測試，結(jié)果分別見圖5、圖6。

從圖5、圖6可以看出，添加10%（體積分?jǐn)?shù)）的C9芳烴、C9芳烴同分異構(gòu)體和C10+對基礎(chǔ)汽油的蒸發(fā)指數(shù)影響較大，使其蒸發(fā)指數(shù)提高較多。其中，C10+芳烴使得基礎(chǔ)汽油的蒸發(fā)指數(shù)提高近60個單位，C9芳烴使得基礎(chǔ)汽油的蒸發(fā)指數(shù)提高近50個單位，C9芳烴同分異構(gòu)體使得基礎(chǔ)汽油的蒸發(fā)指數(shù)提高40～50個單位。

模擬進氣閥沉積物

C9芳烴及C9芳烴同分異構(gòu)體對基礎(chǔ)汽油模擬進氣閥沉積物的影響

在地?zé)捈?2#、天津95#中分別加入10%（體積分?jǐn)?shù)）C9（TL），其與未添加時的模擬進氣閥沉積物對比見圖7。

圖4 C10+（TL）添加比例對基礎(chǔ)汽油餾程的影響

圖5 10%（體積分?jǐn)?shù)）C9、C10+芳烴對基礎(chǔ)汽油蒸發(fā)指數(shù)的影響

圖6 10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴同分異構(gòu)體對于基礎(chǔ)汽油蒸發(fā)指數(shù)的影響

從圖7可以看出，添加10%(體積分?jǐn)?shù))C9(TL)對于基礎(chǔ)汽油的模擬進氣閥沉積物有一定的影響，使地?zé)捈?2#、天津95#的該項指標(biāo)均提高0.6 mg/L。

試驗結(jié)果表明，基礎(chǔ)汽油和含有10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴同分異構(gòu)體的樣品模擬進氣閥沉積物測試結(jié)果均為0.2 mg/L。這說明添加10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴同分異構(gòu)體對于基礎(chǔ)汽油的模擬進氣閥沉積物沒有明顯影響。

C10+芳烴對基礎(chǔ)汽油模擬進氣閥沉積物的影響

在地?zé)捈?2#中分別加入1%、3%、10%（體積分?jǐn)?shù)）的C10+（TL）或1%、3%（體積分?jǐn)?shù)）的C10+（SL），其與未添加時的模擬進氣閥沉積物對比見圖8。

從圖8可以看出：

◇添加C10+(TL)對于基礎(chǔ)汽油的模擬進氣閥沉積物影響較大，隨著加入比例的增加，模擬進氣閥沉積物也相應(yīng)增加，10%（體積分?jǐn)?shù)）C10+(TL)可以使基礎(chǔ)汽油的該項指標(biāo)提高55 mg/L。

◇添加C10+(SL)對于基礎(chǔ)汽油的模擬進氣閥沉積物影響相對較小，3%（體積分?jǐn)?shù)）C10+(SL)可以使基礎(chǔ)汽油的該項指標(biāo)提高0.8 mg/L。

實際膠質(zhì)

C9芳烴對基礎(chǔ)汽油實際膠質(zhì)的影響

在地?zé)捈?2#、天津95#中分別加入10%（體積分?jǐn)?shù)）C9（TL），其與未添加時的實際膠質(zhì)對比見圖9。

從圖9可以看出，添加10%（體積分?jǐn)?shù))C9（TL）對于基礎(chǔ)汽油的實際膠質(zhì)影響不明顯，含10%（體積分?jǐn)?shù))C9的汽油和基礎(chǔ)汽油的實際膠質(zhì)測試結(jié)果的差值均在GB/T 8019標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)性范圍之內(nèi)。

圖7 10%（體積分?jǐn)?shù)）C9對于基礎(chǔ)汽油模擬進氣閥沉積物的影響

圖8 C10+芳烴添加比例對基礎(chǔ)汽油模擬進氣閥沉積物的影響

圖9 10%（體積分?jǐn)?shù)）C9（TL）對基礎(chǔ)汽油實際膠質(zhì)的影響

C10+芳烴對基礎(chǔ)汽油實際膠質(zhì)的影響

在天津95#中分別加入1%、3%、10%（體積分?jǐn)?shù)）的C10+芳烴，其與未添加時的實際膠質(zhì)對比見圖10。

從圖10可以看出：

◇添加C10+（TL）對基礎(chǔ)汽油的未洗膠質(zhì)影響較大，隨著添加比例的增加，未洗膠質(zhì)增加較多，10%（體積分?jǐn)?shù)）的添加量可以使基礎(chǔ)汽油的該項指標(biāo)提高128.8 mg/100 mL；C10+（TL）對基礎(chǔ)汽油的溶劑洗膠質(zhì)影響相對較小，使得該項指標(biāo)有少量的提高。

◇添加C10+（SL）對基礎(chǔ)汽油的未洗膠質(zhì)和溶劑洗膠質(zhì)都有一定的影響，但沒有C10+（TL）影響明顯。

辛烷值

在地?zé)捯?2#中分別加入10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴同分異構(gòu)體、C9+芳烴，其與未添加時的辛烷值對比見圖11、圖12。

從圖11、圖12可以看出：

◇添加C9芳烴同分異構(gòu)體和C9+芳烴均可以提高基礎(chǔ)汽油辛烷值。

◇C9芳烴同分異構(gòu)體對基礎(chǔ)汽油研究法辛烷值（RON）感受性較好，最多能提高3.9個單位，對基礎(chǔ)汽油馬達法辛烷值（MON）感受性較差，最多提高了2.1個單位，最少只提高了0.1個單位。

◇兩個煉廠提供的C9芳烴都能較好提高基礎(chǔ)汽油辛烷值，研究法辛烷值最多提高4.6個單位，馬達法辛烷值最多提高1.7個單位；兩個煉廠提供的C10+芳烴均能提高基礎(chǔ)汽油研究法辛烷值2.5個單位左右，馬達法辛烷值1個單位左右。

圖10 C10+芳烴添加比例對基礎(chǔ)汽油實際膠質(zhì)的影響

圖11 10%（體積分?jǐn)?shù)）C9芳烴同分異構(gòu)體對基礎(chǔ)汽油辛烷值的影響

圖12 10%（體積分?jǐn)?shù)）C9+芳烴對基礎(chǔ)汽油辛烷值的影響

臺架試驗

動力性能

直噴發(fā)動機

C9+芳烴含量對直噴發(fā)動機動力性能影響見圖13。

從圖13可以看出，當(dāng)發(fā)動機處于中低速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速為1 600 r·min-1～4 000 r·min-1時，相對于C9+芳烴含量為0%燃油，C9+芳烴對發(fā)動機動力性無明顯影響，且隨著C9+芳烴含量增加，無明顯一致性規(guī)律。當(dāng)發(fā)動機處于高速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速為5 000 r·min-1～5 600 r·min-1時，隨C9+芳烴含量增加，發(fā)動機動力性能逐漸下降，最大下降比例約2.6%（C20，5 600 r·min-1）。

進氣道噴射發(fā)動機

C9+芳烴含量對進氣道噴射發(fā)動機動力性能影響見圖14。

從圖14可以看出，在轉(zhuǎn)速為1 500 r·min-1～3 000 r·min-1條件下，C9+芳烴含量的增加絕大多數(shù)情況下會提高進氣道噴射發(fā)動機功率，但是隨著轉(zhuǎn)速繼續(xù)提升，這種趨勢逐漸減弱。

燃油經(jīng)濟性

發(fā)動機中低轉(zhuǎn)速

發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2 000 r·min-1時，C9+芳烴含量對直噴發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的影響見圖15。圖中，燃油經(jīng)濟性差異FED的數(shù)值越小（越靠圖的下方），節(jié)油效果越好，反之則節(jié)油效果越差。

圖13 C9+芳烴含量對直噴發(fā)動機動力性能影響

圖14 C9+含量對進氣道噴射發(fā)動機動力性能影響

圖15 C9+芳烴含量對直噴發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的影響

從圖15可以看出，發(fā)動機在2 000 r·min-1時，中小負荷條件下（10%～20%），隨著C9+芳烴含量上升，具有一定節(jié)油效果，當(dāng)負荷為10%～30%時，C9+芳烴的加入會提高發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性，當(dāng)發(fā)動機負荷為20%～30%區(qū)間內(nèi)，隨C9+芳烴含量的增加，發(fā)動機燃油消耗率逐漸降低，即燃油經(jīng)濟性逐漸提高，但是當(dāng)發(fā)動機負荷為10%時，C9+芳烴含量的增加，對燃油經(jīng)濟性影響無明顯一致性規(guī)律；在40%～90%負荷區(qū)間內(nèi)，隨著負荷增大，燃油經(jīng)濟性效果逐漸降低，在70%～80%負荷條件下，C9+含量上升會增加發(fā)動機燃油消耗率。

發(fā)動機高轉(zhuǎn)速

發(fā)動機在5 000 r·min-1條件下，C9+芳烴含量對直噴發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的影響見圖16。

發(fā)動機在轉(zhuǎn)速為5 000 r·min-1，10%負荷條件下，隨C9+芳烴含量上升，燃油經(jīng)濟性得到提高。隨發(fā)動機負荷逐漸上升，當(dāng)發(fā)動機負荷為20%～100%時，C9+芳烴含量對發(fā)動機燃油經(jīng)濟性影響并不一致，但可以看出，在30%～100%負荷區(qū)間，C9+芳烴含量在25%（體積分?jǐn)?shù)）時，發(fā)動機燃油經(jīng)濟性最差，20%～100%負荷區(qū)間，C9+芳烴含量在20%（體積分?jǐn)?shù)）時，燃油經(jīng)濟性最好。

結(jié)論

☆添加一定比例的C9芳烴能夠較好地提高基礎(chǔ)汽油的辛烷值，對基礎(chǔ)汽油模擬進氣閥沉積物無明顯提高，對基礎(chǔ)汽油的初餾點和終餾點幾乎沒有影響，但C9芳烴對基礎(chǔ)汽油的10%～90%的蒸發(fā)溫度有一定影響，同時也會使基礎(chǔ)汽油的蒸發(fā)指數(shù)有較大提高，易造成汽油蒸發(fā)指數(shù)或餾程不合格。

☆C9芳烴同分異構(gòu)體對基礎(chǔ)汽油質(zhì)量的影響和C9芳烴幾乎相同。

☆添加一定比例的C10+芳烴能夠較小幅度地提高基礎(chǔ)汽油的辛烷值，較大提高基礎(chǔ)汽油的蒸發(fā)溫度，造成餾程和蒸發(fā)指數(shù)不合格，同時還會造成基礎(chǔ)汽油模擬進氣閥沉積物增加較多。

☆C9+芳烴對于發(fā)動機動力性能影響因發(fā)動機類型和工況不同而改變。直噴式發(fā)動機臺架試驗表明，在5 000 r·min-1～5 600 r·min-1轉(zhuǎn)速范圍，全負荷條件下，C9+芳烴含量增加會導(dǎo)致發(fā)動機動力性能逐漸下降；進氣道噴射發(fā)動機臺架試驗，中低速全負荷條件下，動力性能會隨著C9+芳烴含量增加而增加，但隨著轉(zhuǎn)速上升，動力性增加趨勢逐漸減弱。

☆發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速條件下，隨C9+芳烴含量上升，具有一定節(jié)油效果，但隨著負荷增大， C9+芳烴含量上升會增加發(fā)動機燃油消耗率；發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速條件下，隨著C9+芳烴含量增加燃油經(jīng)濟性也隨之提高，在5 000 r·min-1條件下，20%～100%負荷區(qū)間內(nèi)，C9+芳烴含量為20%（體積分?jǐn)?shù)）時燃油經(jīng)濟性最高。