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      十六烷值改進劑對柴油調(diào)合相關(guān)的影響

      2022-09-22 12:48:14陳志新姜秋實
      山西化工 2022年5期
      關(guān)鍵詞:加劑十六烷值調(diào)合

      陳志新,吳 越,姜秋實

      (中國石油大連石化分公司,遼寧 大連 116000)

      十六烷值是用來衡量柴油抗爆性能的一項重要指標,也是柴油的重要屬性之一。十六烷值高的柴油容易啟動,燃燒均勻,輸出功率大;十六烷值低,則是著火慢,工作不穩(wěn)定,容易發(fā)生爆震。加添十六烷值改進劑可提高柴油的十六烷值。柴油十六烷值高低取決于原油組分的含量和性質(zhì)。通常來看,標準鏈式結(jié)構(gòu)烷烴的十六烷值最大,其他異體結(jié)構(gòu)烷烴次之,環(huán)烷烴和烯烴的十六烷值較低,而芳香烴的十六烷值最小。無論環(huán)烷烴或芳香烴,側(cè)鏈越長,分支越少,則十六烷值越高。因此,含烷烴越多的燃料,其十六烷值也就越高。

      隨著新冠疫情的爆發(fā),航空業(yè)運輸量驟減,公司生產(chǎn)的航煤出廠量急劇降低,造成航煤堵庫,為了解決此瓶頸問題,將航煤組分參調(diào)到柴油中。隨著航煤調(diào)入比例不斷增加,柴油的十六烷值降低,現(xiàn)場需要批次加入十六烷值改進劑,以滿足柴油出廠需求。本文主要介紹如何解決煤油參與柴油調(diào)合十六烷值低的瓶頸問題。

      1 十六烷值改進劑作用機理及分類

      作為十六烷值改進劑的物質(zhì)一般具有較差的熱穩(wěn)定性和較低的分解活化能[1]。因此,在低溫時易分解生成活性自由基。而自由基的存在可以引發(fā)氧化鏈反應(yīng),從而降低了柴油的自燃活化能,加快反應(yīng)速度,縮短燃料燃燒的滯燃期,十六烷值得到提高[2]。常用的十六烷值改進劑有過氧化物、烷基硝酸酯、硝基氨基甲酸酯、硝基烷,最新型的十六烷值改進劑有酯類物質(zhì)如草酸酯類、碳酸酯類、油酸酯類以及部分飽和有機酸酯類等。多數(shù)的十六烷值改進劑加劑后對產(chǎn)品的安定性有一定的影響,查詢相關(guān)文獻資料發(fā)現(xiàn),有些十六烷值改進劑添加到燃料中后,長期儲存會喪失效果,生成不溶性物質(zhì),各類十六烷值改進劑儲存安定性如圖1。

      由圖1 可以發(fā)現(xiàn),烷基硝酸酯效果急劇下降,硝基氨基甲酸酯含量緩慢下降,過氧化物改進劑降低不明顯,烷基硝酸酯最易生成不溶解物。

      圖1 各類十六烷值改進劑安定性影響

      十六烷值改進劑中硝酸酯類的使用最為廣泛,常溫、混酸的條件下對異辛醇進行硝化,研制并生產(chǎn)了硝酸異辛酯,該添加劑是烷基硝酸酯類改進劑中應(yīng)用最廣泛且已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化的產(chǎn)品,當硝酸異辛酯添加量為1 000 mg/kg 時,柴油就可提高5 個單位的十六烷值,一氧化碳排放量降低5%,氮氧化物排放量降低3%,顆粒物排放降低4%[3]。

      2 硝酸異辛酯型十六烷值改進劑性質(zhì)

      現(xiàn)場使用的最常用的十六烷值改進劑是硝酸異辛酯型。目前市場所供應(yīng)的十六烷值改進劑的硝酸異辛酯的純度均在99.7%以上,按照十六烷值改進劑的SDS 說明(建議存儲溫度低于50 ℃,熱分解反應(yīng)溫度130 ℃),一般儲存條件下穩(wěn)定,溫度高于100 ℃可能會造成自加速放熱分解,會導(dǎo)致溫度和壓力的快速上升。產(chǎn)品燃燒,排放出有害氣體。所以,在日常存儲和使用過程中遠離高溫物質(zhì),十六烷值改進劑與柴油混合后,溶解到柴油中,即便受熱后,也不會出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。

      3 現(xiàn)場加劑流程

      由于十六烷值改進劑的不穩(wěn)定性,現(xiàn)場若采用罐存儲的方式,危險性較高,管理難度大,施工改造周期長,且使用量較大。為了降低風(fēng)險,采用批次加入的方式進行加劑,現(xiàn)場配固定流程加劑流程。入口使用卸抗磨劑的鶴管,在泵入口處增上隔離閥門。泵出口配管線至柴油抗磨劑去調(diào)合一線、調(diào)合二線加劑閥門處,實現(xiàn)隨餾出油加劑的功能。

      每日根據(jù)當日調(diào)合罐次的收油量,通過加劑比,計算出十六烷值改進劑的使用量,每日通過配送貨的方式,將所需要的十六烷值改進劑運送到現(xiàn)場。承裝十六烷值改進劑的桶為噸桶形式,便于現(xiàn)場卸劑操作。現(xiàn)場卸劑的時候進行防靜電接地,將十六烷值改進劑通過隔膜泵加入到調(diào)合一線、調(diào)合二線的管道中,隨著餾出油進入到成品調(diào)合罐中,具體的加劑流程如圖2。

      圖2 現(xiàn)場工藝流程圖

      4 調(diào)合組分調(diào)整情況

      進入到2021 年后,航煤市場銷路不暢,將航煤參調(diào)至柴油中,有兩個方式進行參調(diào):柴油加氫裝置原料中增加部分航煤組分;剩余的航煤組分暫存至柴油過剩罐,逐步進行回調(diào)。這兩種方式都需要不斷根據(jù)總的航煤比例來調(diào)整十六烷值改進劑加劑比例,確保產(chǎn)品能夠合格。

      4.1 原料調(diào)整變化情況

      在2021 年在7 月份以前,由于組分油品產(chǎn)品性質(zhì)固定,十六烷值改進劑加劑比例也固定,其中航煤的比例約10%~12%,具體比例如表1。

      表1 2021 年6 月份以前柴油調(diào)合比例及加劑情況統(tǒng)計表

      進入到7 月份后,航煤開始參調(diào)柴油比例逐漸增加,加劑具體比例如表2。

      表2 2021 年7 月份以后柴油調(diào)合比例及加劑情況統(tǒng)計表

      對各組分柴油十六烷值跟蹤的具體情況見表3。

      表3 2021 年組分油十六烷值改進劑加劑情況統(tǒng)計表 %

      罐區(qū)在界區(qū)有流量計,對于加氫裝置原料中煤油參調(diào)情況無法進行計量,但是通過表3 中對柴油組分油十六烷值的檢測情況可以發(fā)現(xiàn),在7 月2 日開始400 萬加氫柴油的十六烷值呈逐漸降低的趨勢,說明加氫柴油料中逐漸增加航煤組分,且比例不斷增加。至7 月20 日,十六烷值逐漸回升至正常水平。

      4.2 剩余的航煤組分暫存至過剩罐

      煤油產(chǎn)量大約3 500 t/d,煤油無法全部參調(diào)至柴油中,將原有的3 臺過剩罐,容量均為10000 m3,收入煤油組分,收滿后,將3 臺成品罐,容量均為20 000 m3,也單獨收入航煤組分。收滿后暫時存儲,航煤市場好轉(zhuǎn)后,航煤組分不在參調(diào)柴油加氫料后,逐步將過剩罐收入的煤油進行回調(diào)。

      5 加劑調(diào)整情況

      隨著航煤參調(diào)柴油比例不斷增加,現(xiàn)場的加劑比例也隨之進行調(diào)整,由原有的400 mg/kg 逐步提高至700 mg/kg,通過3 月份至8 月份的調(diào)合數(shù)據(jù),除去7 月2 日至7 月20 日的數(shù)據(jù),建立十六烷值加劑比例與航煤參調(diào)比例的曲線,具體見圖3。

      圖3 航煤參調(diào)比例與十六烷值改進劑加劑比例曲線圖

      通過圖3 可以看出,航煤參調(diào)柴油后的大致比例。航煤參調(diào)比例在12%左右時,十六烷值改進劑加劑比例控制在450 mg/kg;當航煤參調(diào)比例在18%時,加劑比例控制在700 mg/kg。加劑后能夠確保柴油的十六烷值符合出廠的要求≥51.5。

      6 影響十六烷值改進劑效果的因素

      6.1 抗磨劑的影響

      十六烷值改進劑對柴油的潤滑性有負效應(yīng),對于添加了抗磨劑的柴油,當再次添加十六烷值改進劑后,十六烷值改進劑由于具有較強的極性,會優(yōu)先吸附到金屬的表面,阻礙了柴油中有潤滑性作用物質(zhì)的吸附,因此會降低柴油的潤滑性。加入十六烷值改進劑,比例調(diào)大后,相應(yīng)的需要增加抗磨劑的加劑比例,通過表1 與表3 的對比,可知十六烷值改進劑每增加100 mg/kg 時,需要提高抗磨劑加劑比約為3.5 mg/kg。

      6.2 儲存安定性

      十六烷值改進劑加入柴油后,隨著儲存時間的延長,十六烷值會出現(xiàn)衰減的情況,而硝酸異辛酯屬于烷基硝酸脂類,按照圖3 所示,十六烷值衰減比較明顯,在加劑時,考慮衰減的風(fēng)險后,提高十六烷值改進劑的加劑比例。

      6.3 攪拌的均勻性

      因為十六烷值改進劑批次加入到管線中,柴油調(diào)合的儲罐容量有20 000、30 000、50 000 m3,對于不同容量的儲罐,所需要調(diào)合的時間不一樣,現(xiàn)場十六烷值改進劑批次加劑時間也不一樣,具體如表4。

      表4 不同容量的柴油調(diào)合時間統(tǒng)計表

      通過表4 可知,不同容量的儲罐的加劑時間不一致,不是全程在線加劑,含有十六烷值改進劑的柴油進入到儲罐后,必然不會分散至整個儲罐,原有的攪拌時間無法將儲罐罐內(nèi)的油品混合均勻,隨著加劑比例的調(diào)整,攪拌時間也隨著延長,在加劑比例為450 mg/kg 時,攪拌時間為8 h。隨著批次倒入航煤及十六烷值改進劑加劑比例調(diào)整至700 mg/kg 后,攪拌時間增加至24 h。

      7 結(jié)語

      通過不斷地進行調(diào)整煤油的比例及十六烷值改進劑加劑量,通過延長攪拌時間等方式順利解決了航煤大量參調(diào)柴油后十六烷值低的瓶頸問題,截止至8 月底,通過加入十六烷值改進劑共計調(diào)合出成品柴油105 罐次,調(diào)合成品柴油約201 萬t。

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