石油產(chǎn)品餾程測(cè)定影響因素探討

李 娜

（山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046200）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人們生活水平的不斷提高，石油產(chǎn)品在人們生活生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛，對(duì)石油產(chǎn)品的質(zhì)量要求和組分含量要求也越來(lái)越高。餾程測(cè)定可以針對(duì)性的判斷出石油產(chǎn)品中各組分的組成和含量，是石油產(chǎn)品一項(xiàng)十分重要的檢測(cè)技術(shù)，在油品加工和使用過(guò)程中，都有十分重要的意義[1]。以汽油為例：10%餾出溫度過(guò)低，雖然蒸發(fā)性較強(qiáng)，有助于汽油機(jī)低溫啟動(dòng)，但是也會(huì)有產(chǎn)生氣阻的風(fēng)險(xiǎn)，90%餾出溫度過(guò)高，說(shuō)明重組分含量較多，使用過(guò)程中如果條件不足以保證重組分完全燃燒就會(huì)造成油耗增加且氣缸積碳增多，損耗設(shè)備。因此在油品加工中，需要通過(guò)合理的調(diào)整工藝條件，使產(chǎn)品達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)。

目前餾程測(cè)試方法有恩氏蒸餾法、減壓蒸餾法和氣相色譜模擬蒸餾法等3 種。恩氏蒸餾法測(cè)試餾程主要依據(jù)《GB/T 6536—2010 石油產(chǎn)品常壓蒸餾特性測(cè)定法》[2]進(jìn)行，即按照規(guī)定速度蒸餾100 mL 試驗(yàn)油樣，將所生成的蒸氣從蒸餾瓶中導(dǎo)出，并確定其餾出溫度與餾出物體積百分比之間的數(shù)字關(guān)系。該方法沒(méi)有經(jīng)過(guò)精餾，油品中各烴類組分不能完全分離并按照各自的沸點(diǎn)依次餾出，所以在蒸餾過(guò)程中，當(dāng)溫度較低時(shí)，低沸點(diǎn)組分先行獲得沸騰所需要的蒸汽分壓從液體中餾出，并將少量高沸點(diǎn)組分一起餾出，同時(shí)也有一些沸點(diǎn)較低的組分留在液體中，與較高沸點(diǎn)的組分一起蒸出。所以，該方法得出的測(cè)定結(jié)果只是相對(duì)的比較數(shù)量而不是真正的數(shù)值，即不是實(shí)際沸點(diǎn)的蒸餾，但仍然是控制汽油、柴油等各種石油產(chǎn)品的重要指標(biāo)；減壓蒸餾法測(cè)餾程[3]就是利用真空泵使系統(tǒng)內(nèi)的壓力降至特定壓力下進(jìn)行蒸餾操作測(cè)得石油產(chǎn)品餾出百分率及其對(duì)應(yīng)的蒸餾溫度所組成的一組數(shù)據(jù)，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線換算成760 mL 汞柱壓力下的溫度。因外界壓力降低，烴類沸點(diǎn)隨之降低，減壓蒸餾很好的解決了在常壓下蒸餾重質(zhì)石油產(chǎn)品時(shí)，高分子烴類高溫受熱分解的問(wèn)題，但是設(shè)備復(fù)雜，且對(duì)蒸餾燒瓶的損耗較多；氣相色譜模擬蒸餾方法是先利用冷柱頭系統(tǒng)進(jìn)樣，通過(guò)能將試樣油品組分按照沸點(diǎn)順序進(jìn)行完全分離的耐高溫色譜柱在程序升溫的條件下進(jìn)行分離，得到組分物質(zhì)的定性定量信號(hào)和相應(yīng)的保留時(shí)間，然后用以切片模式操作的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和色譜軟件來(lái)處理電子信號(hào)，經(jīng)過(guò)溫度－時(shí)間的內(nèi)插校正將樣品的保留時(shí)間轉(zhuǎn)變成溫度以后，計(jì)算沸點(diǎn)分布達(dá)到的回收量，即餾程。該操作簡(jiǎn)單，結(jié)果重復(fù)性好，但是設(shè)備采購(gòu)成本及運(yùn)行成本較高，所以石化行業(yè)應(yīng)用最普遍的還是恩氏蒸餾法測(cè)定餾程。本文旨在對(duì)恩氏蒸餾法測(cè)定過(guò)程中的控制因素進(jìn)行分析，從而明確各實(shí)驗(yàn)條件對(duì)分析結(jié)果的影響。

1 儀器與試樣

1）石油產(chǎn)品餾程測(cè)定儀：神開(kāi)SYP2001-Ⅵ石油產(chǎn)品蒸餾試驗(yàn)器；

2）蒸餾燒瓶：125 mL 蒸餾燒瓶，符合國(guó)標(biāo)《GB/T 6536》要求；

3）量筒：100 mL，分度值為5 mL，容積公差為±1 mL；

4）溫度計(jì)：玻璃水銀。符合GB/T514 中GB-46 溫度計(jì)要求，測(cè)溫范圍為-2～400 ℃；

5）氣壓計(jì)；

6）模擬汽油餾程標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，編號(hào)GBW13252；

7）柴油餾程標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，編號(hào)GBW13253。

2 試驗(yàn)方法

采用GB/T 6536—2010 石油產(chǎn)品常壓蒸餾特性測(cè)定法。

3 結(jié)果與討論

本文根據(jù)國(guó)標(biāo)方法要求，重點(diǎn)考察溫度計(jì)位置、加熱速度等因素對(duì)餾程測(cè)定結(jié)果的影響，同時(shí)對(duì)諸如水分、壓力等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行分析。

3.1 溫度計(jì)位置的影響

對(duì)溫度計(jì)的安裝有明確要求：必須用軟木塞垂直固定在蒸餾燒瓶?jī)?nèi)，保證溫度計(jì)處于與蒸餾燒瓶頸部軸心，且水銀球上邊緣與支管焊接處的下邊緣在同一平面。但是實(shí)際操作中，可能會(huì)出現(xiàn)將溫度計(jì)插入太深或者溫度計(jì)和蒸餾燒瓶的軸心線不重合的現(xiàn)象，為考察溫度計(jì)位置對(duì)測(cè)定結(jié)果帶來(lái)的影響，用GBW13252 和GBW13253 兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行兩組實(shí)驗(yàn)：將溫度計(jì)水銀球上邊緣高于支管焊接處上邊緣1 cm（A）、齊平（B）及以下1 cm（C）；將水銀球上邊緣與支管焊接處的下邊緣在同一平面，而溫度計(jì)與蒸餾瓶軸心重合（B）與不重合（D）兩種方式，結(jié)果如表1所示。

表1 溫度計(jì)插入深度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

可以看出溫度計(jì)在蒸餾燒瓶中的位置對(duì)測(cè)試結(jié)果有很大影響：若溫度計(jì)插入深，餾出溫度基本上整體偏高，且隨著蒸餾燒瓶?jī)?nèi)剩余試樣體積減小，影響減小，這是因?yàn)闇囟扔?jì)液泡與試樣液面距離較小，高沸點(diǎn)蒸氣或液體沸騰過(guò)程產(chǎn)生的高溫液滴會(huì)滴濺在玻璃泡上，所測(cè)的溫度高于樣品蒸汽溫度；若溫度插入淺，此時(shí)產(chǎn)生的較少樣品蒸氣與瓶中低溫空氣接觸產(chǎn)生熱傳導(dǎo)效應(yīng)，溫度降低。另外溫度計(jì)與蒸餾燒瓶軸心的相對(duì)位置也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果帶來(lái)影響，二者不平行，水銀球偏向瓶壁，瓶壁受瓶外冷空氣的影響，餾出溫度偏低。

3.2 加熱速度的影響

GB/T 6536—2010 石油產(chǎn)品常壓蒸餾特性測(cè)定法中不僅規(guī)定了不同餾分輕重的油品要求的加熱速度，而且還規(guī)定了不同試樣對(duì)應(yīng)的石棉墊孔徑，為考察加熱速度對(duì)測(cè)定結(jié)果帶來(lái)的影響，在不同的加熱速度下進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果如表2 所示。

表2 加熱速度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

表2 結(jié)果顯示不同的加熱速度測(cè)出的餾程結(jié)果不同。整個(gè)測(cè)定過(guò)程加熱速度過(guò)慢，各餾出溫度均顯著降低，反之，若加熱速度過(guò)快，蒸餾燒瓶受熱也快，各餾出溫度偏高。這是因?yàn)榧訜崴俣冗^(guò)快油樣迅速蒸發(fā)產(chǎn)生的大量蒸汽分子不能及時(shí)從支管逸出此時(shí)燒瓶中的壓力大于環(huán)境壓力，因此測(cè)出的餾出溫度要稍高于環(huán)境壓力條件下的油品沸點(diǎn)。而且加熱過(guò)快，瓶中液體沸騰劇烈，蒸汽的裹挾效應(yīng)也會(huì)加劇，使餾出產(chǎn)物雜質(zhì)增加，同時(shí)對(duì)餾出物的冷凝收集效率也不利。

不同孔徑石棉墊的選用，也是為了通過(guò)控制蒸餾燒瓶的加熱面大小，滿足實(shí)驗(yàn)規(guī)定加熱速度的所需熱量同時(shí)保證整個(gè)蒸餾過(guò)程中試樣的液面都高于加熱面，從而避免燒壞蒸餾燒瓶。

3.3 水分的影響

若試油中含水量較少，溫度逐漸升至水的沸點(diǎn)，水分汽化產(chǎn)生的水蒸氣上升，一部分進(jìn)入蒸餾燒瓶支管遇冷冷凝餾出，一部分冷凝聚集在溫度計(jì)上，當(dāng)水滴的重力大于水的內(nèi)聚力時(shí)水滴自溫度計(jì)上落下并在高溫油的作用下迅速汽化，燒瓶?jī)?nèi)蒸氣分壓和水蒸氣分壓之和恰好超過(guò)外界壓力，有部分蒸汽從蒸餾瓶支管逸出，這樣測(cè)出的初餾點(diǎn)就會(huì)有誤差；若試油含水較多，蒸餾燒瓶中突然增大的壓力不足以從小口徑的分餾支管溢出，會(huì)產(chǎn)生突沸沖油現(xiàn)象，大量的蒸汽就要穿過(guò)油樣向液面上浮，在向上移動(dòng)過(guò)程中油的一部分形成了含有大量蒸汽氣泡的泡沫使得液體體積膨脹，向外溢出，導(dǎo)致一些還沒(méi)到沸點(diǎn)的重組分提前餾出，餾程結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至造成失火或燒傷事故。因此，含有水樣必須經(jīng)過(guò)脫水處理。

3.4 環(huán)境溫度壓力的影響

室溫對(duì)汽油初餾點(diǎn)和10%餾出溫度影響很大。室溫高測(cè)得的結(jié)果偏高;室溫低測(cè)得的結(jié)果偏低。試驗(yàn)證明，室溫相差10～15 ℃，初餾點(diǎn)相差4～5 ℃，10%餾出溫度相差1～2 ℃。為使測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，試驗(yàn)應(yīng)在20 ℃±3 ℃下進(jìn)行。

當(dāng)液體的飽和蒸氣壓等于外界氣壓時(shí)才會(huì)沸騰。所以不同的大氣壓強(qiáng)環(huán)境造成了同一試樣沸點(diǎn)也不同：外界壓力高，試樣達(dá)到沸騰狀態(tài)所需分壓高，蒸汽量比較多，液體沸點(diǎn)升高，反之，外界壓力低，液體容易揮發(fā)，沸點(diǎn)降低。同一試樣在不同大氣壓下進(jìn)行蒸餾測(cè)定，所得結(jié)果不同，餾出溫度必須換算為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下的值[4]。

4 結(jié)論

餾程測(cè)定是條件性很強(qiáng)的試驗(yàn)，涉及步驟較多，如果操作不夠仔細(xì)，條件控制不到位，就會(huì)影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，在操作過(guò)程積極采取措施，注意待測(cè)試油脫水處理的標(biāo)準(zhǔn)性、蒸餾加熱速度的快慢控制、溫度計(jì)安裝位置的準(zhǔn)確性及必要的壓力溫度修正，才能很好的較少誤差，得到準(zhǔn)確的結(jié)果。