石油產(chǎn)品調(diào)合的實用計算方法

何順德

(中海石油舟山石化有限公司，浙江舟山 316000)

不同使用目的的石油產(chǎn)品具有不同的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，每一種石油產(chǎn)品的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)都包括了許多性質(zhì)要求，企圖在一套生產(chǎn)裝置中生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，在經(jīng)濟上通常是不劃算的，并且有的時候是不可能的，因此大多數(shù)的石油產(chǎn)品是經(jīng)調(diào)合而成的，調(diào)合是煉油廠生產(chǎn)石油產(chǎn)品的工序之一。石油產(chǎn)品調(diào)合計算是煉廠質(zhì)量、技術(shù)、計劃等管理人員比較重要的一項工作，是提高產(chǎn)品質(zhì)量等級，改善油品使用性能，使工廠獲得較大的經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)。選擇合適準(zhǔn)確的計算方法可在一定程度上替代小調(diào)試驗，縮短調(diào)合周期，較大程度地提高工作效率，優(yōu)化計算結(jié)果等。目前煉油企業(yè)及油庫中在使用的油品調(diào)合計算方法有很多，本文在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合自身在煉廠油品調(diào)合方面經(jīng)驗，主要介紹蒸汽壓、辛烷值、凝點、冷濾點、閃點、傾點、運動黏度、結(jié)晶點、煙點等實用質(zhì)量指標(biāo)的調(diào)合計算方法。這些方法均經(jīng)過實踐檢驗，計算精度較高且使用便捷，可適用于煉油廠及油庫的各種油品調(diào)合和質(zhì)量管理，實用性強。

1 油品調(diào)合的特點

各種油品的調(diào)合，除個別加入添加劑調(diào)合之外，基本是液液體系相互溶解的均相調(diào)合，是三種擴散機理的綜合作用。調(diào)合油品的性質(zhì)與各組分的性質(zhì)相關(guān)，調(diào)合油品的性質(zhì)如果等于各組分的性質(zhì)按比例的加和值，則這種調(diào)合稱為線性調(diào)合，如硫含量、氮含量、酸值、殘?zhí)?、灰分、膠質(zhì)、餾程、碘值。因石油組分十分復(fù)雜，所以石油產(chǎn)品的大多性質(zhì)不符合加和性規(guī)律，這些性質(zhì)的調(diào)合稱為非線性調(diào)合，如蒸汽壓、辛烷值、凝點、冷濾點、閃點、傾點、運動黏度、結(jié)晶點、煙點等。

2 油品調(diào)合的一般程序

油品調(diào)合一般有以下程序[1]。

(1)根據(jù)市場需求狀況，確定所需調(diào)合的目的產(chǎn)品規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)；

(2)對計劃實施調(diào)合的各組分油安排取樣化驗，獲得各組分油的性質(zhì)指標(biāo)；

(3)根據(jù)各組分油的性質(zhì)指標(biāo)及市場價格，通過查圖或計算，找出最優(yōu)的調(diào)合組分和比例；

(4)根據(jù)初步調(diào)合比列實施小樣調(diào)合試驗，若試驗結(jié)果符合目的產(chǎn)品的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，則正式組織調(diào)合(正式調(diào)合時要考慮好調(diào)合裕度)；

(5)調(diào)合后的油品經(jīng)最終取樣化驗合格后安排出廠。

3 油品質(zhì)量指標(biāo)調(diào)合的計算方法

本章節(jié)部分對線性調(diào)合的質(zhì)量指標(biāo)計算方法不再作講述，主要重點介紹蒸汽壓、辛烷值、凝點、冷濾點、閃點、傾點、運動黏度、結(jié)晶點、煙點等非線性指標(biāo)調(diào)合的計算方法。

3.1 蒸汽壓

汽油的蒸汽壓一般用雷德蒸汽壓表示，雷德蒸汽壓是指37.8℃的汽油在蒸汽油料體積比為4:1時測出的壓力。蒸汽壓大小表示汽油汽化的程度，是控制汽油在熱天不發(fā)生氣阻，保證有適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)性能，以利于加速性和冷天起動性的指標(biāo)。

目前雪夫隆法是蒸汽壓調(diào)合中廣為采用的簡便的經(jīng)驗方法，其將各組分的雷德蒸汽壓(RVP)i換算為蒸汽壓指數(shù)(VPBI)i然后進行線性體積分?jǐn)?shù)Vi加成，見公式⑴[2-4]。

式中：RVP—調(diào)合料的雷德蒸汽壓；RVPi—組分的雷德蒸汽壓；Vi—組分的體積分?jǐn)?shù)。

3.2 辛烷值

辛烷值是指和汽油抗爆性相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)燃料中，所含異辛烷的百分?jǐn)?shù)，是汽油最重要的使用性能指標(biāo)，是代表汽油質(zhì)量水平和規(guī)定標(biāo)號的。汽油辛烷值在調(diào)合時暫且無固定通用的計算公式。

文獻(xiàn)中所介紹的調(diào)合汽油辛烷值的計算模型有很多，如斯圖爾特(Stewart)法、調(diào)合因數(shù)法、虛擬純組分法、相互作用法、ETHYL RT-70法等。這里主要推薦ETHYL公司Healy等提出的ETHYL RT-70法，該計算模型雖然較為復(fù)雜，但計算精度較高。其計算公式如下[3-4]：

式中：R—調(diào)合油的研究法辛烷值；R1—各調(diào)合組分的體積平均研究法辛烷值；M—調(diào)合油的馬達(dá)法辛烷值；M1—各調(diào)合組分的體積平均馬達(dá)法辛烷值；J—體積平均敏感度，即各調(diào)合組分RON與MON差值的體積平均數(shù)；R2—各調(diào)合組分RON與J乘積的體積平均數(shù)；M2—各調(diào)合組分MON與J乘積的體積平均數(shù)；O1—各調(diào)合組分烯烴含量平方的體積平均值；O2—各調(diào)合組分烯烴含量體積平均值的平方；A1—各調(diào)合組分芳烴含量平方的體積平均值；A2—各調(diào)合組分芳烴含量體積平均值的平方。

這兩個方程代表了汽油的線性調(diào)合，其中三個相加的修正項用來修正在汽油調(diào)合中存在著的調(diào)合偏差。第一項(敏感度函數(shù))用來校正由于各組分辛烷值測定時壓縮比與調(diào)合油辛烷值測定時的不同而引起的偏差；第二項(烯烴含量函數(shù))和第三項(芳烴含量函數(shù))用來校正各調(diào)合組分相互化學(xué)作用的影響。RON方程系數(shù)是 C1=0.043 07、C2=0.000 61、C3=-0.000 46。MON 方程系數(shù)是 D1=0.044 50、D2=0.000 81、D3=-0.006 45。這些系數(shù)是通過實驗室汽油調(diào)合的實際RON和MON數(shù)據(jù)回歸分析得到的。計算舉例見表1。

表1 調(diào)合汽油辛烷值計算舉例Tab.1 Example for the octane number calculation of gasoline concoction

3.3 凝點

凝點是柴油和潤滑油的重要指標(biāo)之一，是柴油在低溫下失去流動性的最高溫度。我國柴油的牌號就是按柴油的凝點劃分的。調(diào)合油品凝點的計算也有多種方法，本文推薦換算指數(shù)法，見式(4)[2,4]。

式中：SLI調(diào)和—調(diào)合油凝點換算指數(shù)；SLIi—調(diào)合組分凝點換算指數(shù)；Vi—調(diào)合組分油體積分?jǐn)?shù)。

凝點和換算指數(shù)存在的關(guān)系見公式⑸和⑹。

式中：SLI—調(diào)合油凝點換算指數(shù)；SLD—調(diào)合油凝點，℃。

3.4 冷濾點

冷濾點是柴油的重要指標(biāo)之一。冷濾點是將試油在規(guī)定條件下冷卻，在1 960 Pa真空壓力下進行抽吸，使試油通過過濾器(363目/in)1 min不足20 mL的最高溫度。柴油的冷濾點與柴油的最低使用溫度有著良好的對應(yīng)關(guān)系。目前國內(nèi)外評價柴油低溫流動性，廣泛采用冷濾點。冷濾點法比濁點、凝點更具實用性，因為柴油溫度降至濁點時，由于蠟結(jié)晶顆粒很小，并不一定引起過濾器堵塞，而在溫度尚未降至凝點之前，過濾器就已經(jīng)堵塞了，所以濁點和凝點的實用意義不大，國外許多國家使用冷濾點取代了濁點和凝點測定法。

針對柴油冷濾點的調(diào)合，本文推薦冷濾點換算指數(shù)法。換算指數(shù)可以進行體積線性加成，如公式(7)所示。

式中：XCFI調(diào)和—調(diào)合油冷濾點換算指數(shù)；XCFIi—調(diào)合組分冷濾點換算指數(shù)；Vi—調(diào)合組分柴油體積分?jǐn)?shù)。

冷濾點和換算指數(shù)存在的關(guān)系見公式(8)和(9)。

式中：XCFI—柴油冷濾點換算指數(shù)；XCFP—柴油冷濾點，℃。

3.5 閃點

閃點是柴油和潤滑油的重要指標(biāo)之一，是指在規(guī)定的條件下，加熱試樣，當(dāng)試樣達(dá)到某溫度時，試樣的蒸汽和周圍空氣形成可燃混合氣，一旦與火焰接觸，即發(fā)生閃燃現(xiàn)象的最低溫度。所以閃點是可燃性液體貯存、運輸和使用的一個安全指標(biāo)，同時也是可燃性液體的揮發(fā)性指標(biāo)。閃點低的可燃性液體，揮發(fā)性高，容易著火，安全性較差。

油品閃點的調(diào)合計算也有多種方法[1-6]，從計算精度和簡便性考慮，在此本文推薦采用式(10)進行計算。

式中：t—調(diào)合油的閃點，℃；ti—調(diào)合組分的閃點，℃；Vi—調(diào)合組分的體積分?jǐn)?shù)。

式(10)適用于油品閃點在30～150℃的計算，不適用于輕質(zhì)油品，經(jīng)實際應(yīng)用此方法計算結(jié)果與實驗室測量值絕對誤差在2℃以內(nèi)。

3.6 傾點

傾點是潤滑油的重要指標(biāo)之一，是指油品在規(guī)定的試驗條件下，被冷卻的試樣能夠流動的最低溫度；而凝點指油品在規(guī)定的試驗條件下，被冷卻的試樣油面不再移動時的最高溫度，都以℃表示；所以同一油品傾點比凝點要略高幾度。對于潤滑油來說，傾點更能代表潤滑油的低溫性能。

針對傾點的調(diào)合[4]，本文推薦傾點換算指數(shù)法。其計算與凝點計算公式(4)、(5)、(6)相同。

3.7 運動黏度

運動黏度是評價油品流動性的指標(biāo)，對于潤滑油來說更是最重要和最本質(zhì)的性質(zhì)，是各種潤滑油分類分級的依據(jù)，也是很多工藝計算不可缺少的主要參數(shù)。目前調(diào)合運動黏度的計算公式較多[1,6]，本文推薦兩種使用簡便且精度較高的計算方法。

第一種是國際通用的黏度調(diào)合計算模型。此方法是按運動黏度的對數(shù)值與體積呈線性關(guān)系進行計算，如式(11)所示[2-3,5]。

式中：μ調(diào)和—調(diào)合油的運動黏度,mm2/s；μi—調(diào)合組分的運動黏度,mm2/s；Vi—調(diào)合組分的體積分?jǐn)?shù)。

在實際使用中有人將上式中的體積分?jǐn)?shù)改為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，也取得了滿意的結(jié)果，其計算值和實測值誤差早±0.1 mm2/s范圍內(nèi)。

另一種方法是國內(nèi)多數(shù)廠家采用的計算方法，如式(12)[1,5,6]所示。

式中：μ調(diào)和—調(diào)合油的運動黏度,mm2/s；μi—調(diào)合組分的運動黏度,mm2/s；Vi—調(diào)合組分的體積分?jǐn)?shù)。

第二種方法與前面介紹的第一種方法相比，使用更為便捷，且計算精度也很高。

3.8 結(jié)晶點

結(jié)晶點(俗稱冰點)是噴氣燃料的主要使用指標(biāo)，是用目測有晶體結(jié)晶出現(xiàn)時的最高溫度。噴氣飛機在

冬季低溫情況下，一旦燃料中析出冰塊或石蠟結(jié)晶，則會堵塞燃料濾清器及輸油系統(tǒng)而造成損害。結(jié)晶點調(diào)合采用的是換算指數(shù)法。換算指數(shù)可以進行體積線性加成，如式(13)所示。

式中：FRZ調(diào)和—調(diào)合油結(jié)晶點換算指數(shù)；FRZi—調(diào)合組分結(jié)晶點換算指數(shù)；Vi—調(diào)合組分體積分?jǐn)?shù)。

結(jié)晶點和換算指數(shù)存在的關(guān)系見公式(14)和(15)。

式中：FRI—結(jié)晶點換算指數(shù)；RZ—結(jié)晶點，℃。

3.9 煙點

煙點指燈用煤油和噴氣燃料在規(guī)定試驗條件下燃燒時生成無煙火焰的最大高度。超過這個高度即會產(chǎn)生黑煙。煙點是煤油類產(chǎn)品的一項重要指標(biāo)，無煙火焰的高度值大，表明芳烴含量低，燃燒的清凈性好。

煙點調(diào)合采用的是換算指數(shù)法。換算指數(shù)可以進行體積線性加成，如式(16)所示。

式中：SMK調(diào)和—調(diào)合油煙點換算指數(shù)；SMIi—調(diào)合組分煙點換算指數(shù)；Vi—調(diào)合組分體積分?jǐn)?shù)。

煙點和換算指數(shù)存在的關(guān)系見公式(17)和(18)。

式中：SMI—煙點換算指數(shù)；SMK—煙點，mm。

4 小結(jié)

油品調(diào)合是煉油廣生產(chǎn)各種石油產(chǎn)品的生產(chǎn)工序之一，油品調(diào)合的作用與目的在于提高產(chǎn)品的質(zhì)量等級，改善油品的使用性能，使工廠獲得較大的經(jīng)濟效益，增加社會的作用效益。本文所列舉的這些石油產(chǎn)品性質(zhì)的調(diào)合計算方法均經(jīng)過了實踐的檢驗，計算精度較高且使用便捷，適用于煉油廠及油庫的各種油品調(diào)合和質(zhì)量管理，實用性強。

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