汽油餾程實(shí)驗(yàn)測(cè)定及影響因素分析*

張淑霞，嚴(yán)文娟，文 萍

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266580）

石油是一個(gè)多組分的復(fù)雜混合物，在對(duì)其加熱過(guò)程中，沸點(diǎn)會(huì)逐漸升高，從常溫一直到500℃以上。所以，無(wú)論是對(duì)石油進(jìn)行研究或進(jìn)行加工利用，都必須按照組分沸點(diǎn)的不同進(jìn)行蒸餾，將石油進(jìn)行“切割”餾分，對(duì)石油進(jìn)行分餾。采用某種標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行蒸餾，所得的沸點(diǎn)范圍稱為餾程，常用的標(biāo)準(zhǔn)方法有實(shí)沸點(diǎn)蒸餾、恩氏蒸餾、減壓蒸餾等。對(duì)于輕質(zhì)石油產(chǎn)品，通常采用GB/T6536的方法進(jìn)行蒸餾，即恩氏蒸餾，如汽油、柴油、航空煤油等燃料油。餾程是評(píng)定液體燃料蒸發(fā)性的最重要的質(zhì)量指標(biāo)[1]。

1 汽油及其餾程概述

汽油是用量最大的輕質(zhì)石油產(chǎn)品之一，是引擎的一種重要燃料。汽油的蒸發(fā)性是其重要的特性參數(shù)之一，汽油餾程的測(cè)定在生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、使用過(guò)程中都有十分重要的意義[2-4]。在汽油的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)中，一般用恩氏蒸餾的餾程數(shù)據(jù)描述其蒸發(fā)性能，主要對(duì)10%、50%、90%等餾出溫度和終餾點(diǎn)作出了具體要求。我國(guó)車用汽油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB17930-2016）對(duì)餾程數(shù)據(jù)要求見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)車用汽油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)餾程數(shù)據(jù)要求Tab.1 Requirements for distillation range data in my country's automotive gasoline quality standards

10%餾出溫度 表示汽油中低沸點(diǎn)餾分的多少，決定汽油機(jī)的啟動(dòng)性能。此溫度越低，蒸發(fā)性越強(qiáng)，在低溫下啟動(dòng)性越強(qiáng)。

50%餾出溫度 表示汽油平均蒸發(fā)性能，決定啟動(dòng)后升溫時(shí)間長(zhǎng)短及加速性能。此溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致汽油燃燒不完全，以致熄火。

90%餾出溫度和終餾點(diǎn) 表示汽油中重組分含量多少。若過(guò)高，則汽油不能完全燃燒，積炭增多，耗油量上升。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 基本原理

石油產(chǎn)品蒸餾，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是在一定條件下，使產(chǎn)品汽化、冷卻及餾出的物理過(guò)程。不同沸點(diǎn)的組分溫度由低到高依次被汽化，即漸次汽化，并確定餾出溫度和餾出體積百分比之間的數(shù)字關(guān)系。

2.2 實(shí)驗(yàn)樣品及儀器

車用93#汽油（中石化燃料油（青島）有限公司）。

SYD-6536A型餾程測(cè)定器（上海昌吉）；125mL蒸餾燒瓶；溫度計(jì)（0～300℃）；量筒（100mL、5mL）；秒表等。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用GB/T6536規(guī)定方法，實(shí)驗(yàn)條件按標(biāo)準(zhǔn)中第1組試樣條件進(jìn)行。取100mL樣品放入蒸餾燒瓶中，按規(guī)定的速度進(jìn)行加熱，餾出第1滴冷凝液時(shí)的氣相溫度為初餾點(diǎn)。隨后，其溫度逐漸升高，而液體不斷地餾出，依次記下餾出液達(dá)10、20……90mL時(shí)的氣相溫度，稱為10%、20%……90%餾出溫度。當(dāng)氣相溫度升高到一定數(shù)值后，它就不再上升反而回落，這個(gè)最高的氣相溫度稱為終餾點(diǎn)。冷卻后，讀出回收體積、殘留體積，并計(jì)算出損失體積。

2.4 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要步驟

（1）樣品預(yù)處理 去除樣品中明顯可見(jiàn)水。

（2）取樣 用量筒取100mL試樣，盡可能完全倒入蒸餾燒瓶（不能使液體流入蒸餾燒瓶支管）。

（3）安裝溫度計(jì)、安裝蒸餾燒瓶 注意連接處的嚴(yán)密性。

（4）記錄大氣壓，加熱蒸餾 實(shí)驗(yàn)時(shí)由開(kāi)始加熱計(jì)時(shí)開(kāi)始，每隔10mL的餾出體積記錄對(duì)應(yīng)的溫度和時(shí)間，這樣能較好地控制加熱速度，以檢查數(shù)據(jù)的可靠性。開(kāi)始到初餾點(diǎn)5～10min，回收5%到燒瓶殘留量5%之間的餾出速度4～5mL·min-1，燒瓶殘留量5%到終餾點(diǎn)3～5min。

（5）冷卻后記錄回收體積和殘留物體積。

（6）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，清洗儀器，用石油醚清洗并烘干，進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。

3 汽油蒸餾實(shí)驗(yàn)影響因素分析[5-10]

此實(shí)驗(yàn)屬于條件性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只有嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)所規(guī)定的條件和操作方法進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果才有意義，才能相互比較。而在餾程實(shí)驗(yàn)測(cè)定過(guò)程中，存在諸多影響因素，影響測(cè)量結(jié)果。筆者結(jié)合長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)室工作經(jīng)驗(yàn)，列舉幾種影響較大的因素。

3.1 樣品揮發(fā)性的影響

對(duì)樣品取樣時(shí)，應(yīng)保證取樣量100mL準(zhǔn)確，讀數(shù)時(shí)采取正確的讀數(shù)方式。取樣后應(yīng)盡快地將樣品轉(zhuǎn)移到蒸餾燒瓶中，并用連著軟膠塞的溫度計(jì)密封好，避免油品的揮發(fā)損失；另一方面，測(cè)定過(guò)程中，量筒上方應(yīng)用橡膠蓋板蓋住，減少揮發(fā)損失。

3.2 溫度計(jì)安裝位置的影響

方法里規(guī)定，用一緊貼的打孔良好的軟木塞將溫度計(jì)緊密地裝在蒸餾燒瓶頸上，使溫度計(jì)球位于燒瓶頸的中心線，溫度計(jì)毛細(xì)管的低端與支管內(nèi)壁底部的最高點(diǎn)齊平，見(jiàn)圖2。

圖2 溫度計(jì)毛細(xì)管與燒瓶支管位置圖Fig.2 Position of the thermometer capillary and the flask branch

實(shí)驗(yàn)時(shí)，溫度計(jì)安裝采用幾種不同位置形式，考查對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 溫度計(jì)安裝位置不同時(shí)對(duì)餾出溫度的影響Tab.2 Effect of different installation positions of the thermometer on the distillation temperature

由表2可以看出，若溫度計(jì)插入燒瓶較深，因高沸點(diǎn)蒸氣或因跳濺液滴濺在水銀泡上而使餾出溫度偏高；若溫度插入淺，因瓶頸的蒸氣分子少，且受冷空氣影響而使餾出溫度偏低；若溫度計(jì)不垂直，水銀球偏向瓶壁，由于瓶壁受冷空氣的影響，使餾出溫度偏低。因此，溫度計(jì)的正確位置應(yīng)按照?qǐng)D2要求，使溫度計(jì)毛細(xì)管低端與支管內(nèi)壁底部齊平。

3.3 加熱速度的影響

方法規(guī)定，從開(kāi)始加熱到初餾點(diǎn)的時(shí)間為5～10min，從回收5%到燒瓶殘留量為5mL的平均餾出速率為4～5mL·min-1，從95%回收體積到終餾點(diǎn)的時(shí)間為3～5min?，F(xiàn)在的儀器大都采用電爐絲加熱，通過(guò)控制電壓來(lái)調(diào)整加熱速度，由于不同廠家所用的電爐絲功率不同，故沒(méi)有一個(gè)固定的值來(lái)規(guī)定。

實(shí)驗(yàn)中，使用同一臺(tái)設(shè)備，選取不同的加熱速率，考查不同的加熱速率對(duì)餾出溫度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同的加熱速率對(duì)餾出溫度的影響Tab.3 Effects of different heating rates on distillation temperature

由表3可以看出，加熱速度對(duì)餾程測(cè)定結(jié)果有很大影響，特別是對(duì)初餾點(diǎn)和90%餾出溫度以后各餾出點(diǎn)的影響尤為顯著。如果加熱速度過(guò)快，蒸餾燒瓶受熱也快，會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，來(lái)不及從出口管逸出，使蒸餾燒瓶中的氣體分子增多，瓶中的壓力大于外界氣壓，這時(shí)讀出的餾出溫度要比正常餾出溫度偏高一些；反之，加熱速度過(guò)慢，不僅使各餾出溫度偏低，而且餾程測(cè)定時(shí)間延長(zhǎng)。

3.4 蒸餾后期電壓調(diào)整的影響

蒸餾過(guò)程中，通過(guò)電壓值的大小來(lái)控制加熱速度。在蒸餾過(guò)程的后期，輕組分被蒸發(fā)，燒瓶?jī)?nèi)剩余的是較重組分，就需要及時(shí)調(diào)整電壓值的大小來(lái)保證餾出速度。GB/T6536標(biāo)準(zhǔn)中只是粗略的規(guī)定從燒瓶中殘余量為5mL到終點(diǎn)的時(shí)間為3～5min，所以由于實(shí)驗(yàn)者的操作差異，調(diào)整電壓的速率和時(shí)間會(huì)不同，就會(huì)給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)較大誤差。

通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)可知，蒸餾后期調(diào)整電壓過(guò)快，造成溫度過(guò)高而出現(xiàn)重組分分解，瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生大量白煙；如果電壓調(diào)整地過(guò)慢，導(dǎo)致油氣不能及時(shí)餾出而產(chǎn)生回流，造成后期溫度偏低。

3.5 冷凝管內(nèi)殘留液的影響

按照操作步驟的要求，每次實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)用無(wú)絨軟布纏在繩上，擦拭冷凝管內(nèi)壁，主要目的是清除上一次實(shí)驗(yàn)殘留在冷凝管內(nèi)壁上的殘留液和大氣當(dāng)中的水分，以免影響實(shí)驗(yàn)的餾出體積讀數(shù)。此步驟經(jīng)常會(huì)引起被忽略，造成回收體積讀數(shù)比實(shí)際值偏大。

3.6 大氣壓的影響

大氣壓影響組分的沸點(diǎn)，且沸點(diǎn)隨著大氣壓的升高而升高，實(shí)驗(yàn)時(shí)要記錄室內(nèi)大氣壓，并在實(shí)驗(yàn)后根據(jù)公式把溫度修正到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的示數(shù)。

3.7 其他影響因素

油品餾程測(cè)定過(guò)程中，除了受上述因素影響外，還會(huì)受到冷浴溫度、取樣量準(zhǔn)確度、讀數(shù)誤差、數(shù)據(jù)修正等因素的影響。

4 結(jié)論

油品的餾程實(shí)驗(yàn)作為常規(guī)的油品分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)，目前應(yīng)用最多的是按照GB/T6536進(jìn)行測(cè)定。該方法實(shí)驗(yàn)過(guò)程雖然相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程的影響因素較多，從實(shí)驗(yàn)器材選用、實(shí)驗(yàn)條件控制、讀數(shù)及結(jié)果修正等多個(gè)環(huán)節(jié)，都會(huì)給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)影響。其中，加熱速度和溫度計(jì)安裝位置是影響相對(duì)較大的因素。因此，在實(shí)際操作中，必須按照標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的條件進(jìn)行，嚴(yán)格控制好每一個(gè)環(huán)節(jié)，才能確保結(jié)果的有效性。綜上所述，按照GB6536規(guī)定，進(jìn)行汽油餾程實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該控制以下幾個(gè)條件：溫度計(jì)安裝時(shí)毛細(xì)管低端與支管內(nèi)壁底部齊平、開(kāi)始加熱到初餾點(diǎn)的時(shí)間為5～10min、從回收5%到燒瓶中殘留量為5mL的平均速率為4～5mL·min-1、燒瓶中殘留量為5mL到終點(diǎn)的時(shí)間為3～5min。